CN1232353A - 具有频率和发送分集的多载波码多址传输系统 - Google Patents

具有频率和发送分集的多载波码多址传输系统 Download PDF

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Abstract

一种宽带CDMA传输系统,此系统具有频率和空间的发送分集。本发明一些实施例能够以高速率发送宽带信号到一个适当设计的宽带CDMA无线终端,还能够发送窄带(例如,IS－95兼容的)信号到现有技术的CDMA无线终端。本发明一些实施例能够与分配给现有窄带无线系统的相同频谱共存。且在本发明的一些实施例中,来自数字复用器的编码码元分配到多个载波上,然后这些载波用空间上分开的天线发送出去。

Description

具有频率和发送分集的多载波码分多址传输系统
本发明一般涉及无线远程通信系统，更具体地，本发明涉及具有发送分集的多载波码分多址(“CDMA”)发射机。
图1表示现有技术中典型的无线远程通信系统的部分示意图，该系统给位于一个地理区域内若干无线终端(例如，无线终端101-1至101-3)提供无线远程通信服务。典型的无线远程通信系统的核心是无线交换中心(“WSC”)120，也可以称之为移动交换中心(“MSC”)或移动电话交换局(“MTSO”)。通常，无线交换中心120连接到多个基站(例如，基站103-1至103-5)，这些基站分散在系统提供服务的地理区域，无线交换中心还连接到本地和长途电话数据网(例如，本地局130，本地局139和长途局140)。其中，无线交换中心120还负责建立和支持无线终端之间以及无线终端与有线终端之间的呼叫，有线终端经本地和/或长途网连接到该系统。
无线远程通信系统服务的地理区域分割成若干个空间不同的区域，这些空间不同的区域称之为“小区”。如图1所示，每个小区大致用一个六边形表示，然而，实际上每个小区往往具有不规则的形状，取决于该系统服务的地域地形。通常，每个小区包含一个基站，基站内有无线电设备和天线，基站利用无线电设备和天线与该小区内的无线终端通信，基站内还有传输设备，基站利用传输设备与天线交换中心120通信。
例如，当无线终端101-1需要与无线终端101-2通信时，无线终端101-1把所需信息传送到基站103-1，基站103-1把此信息转送到无线交换中心120。在接收到此信息并知道此信息要传送到无线终端101-2后，无线交换中心120则把此信息返回到基站103-1，此基站经无线电设备把信息转送到无线终端101-2。
利用码分多址(“CDMA”)技术，若基站103-1能够与无线终端101-1和101-2通信，则图2描绘的是其主要部件方框图，基站103-1利用这些部件制备码元数据流，按照IS-95在正向信道上传输。通常，基站103-1包括多路分解器201，一组c个正向信道无线电设备203-1至203-c，加法器205，放大器207和发送天线209，按图所示互相连接。
来自无线交换中心120的多路复用码元数据流，由多达c个数据流组成，按照熟知的方式被多路分解器201接收，其中每个单独的数据流是用来通过唯一正向信道传送到一个无线终端。多路分解器201按照熟知的方式多路分解c个数据流，并把每个单独的数据流路由到c个正向信道无线电设备203-1至203-c中之一。每个正向信道无线电设备把接收到的数据流按照熟知的方式扩展成1.25MHz宽的正向信道信号，然后，还是按照熟知的方式把扩展的数据流调制到载波上。如在现有技术中熟知的，每个正向信道无线电设备能把扩展的数据流调制到基站可以使用的任何一个现有载波信号上。c个正向信道无线电设备203-1至203-c中每一个的输出。按照熟知的方式由加法器205求和，放大器207放大，以及从天线209发射。
图3表示现有技术中一个典型的IS-95顺应性(compliant)正向信道无线电设备方框图。正向信道无线电设备203-i通常包括：卷积编码器301，码元重发器303，块数字复用器(block interleaver)305，乘法器307，长码发生器309，抽取器311，乘法器315，和调制器317，按图所示互相连接。
现有技术中IS-95正向信道的一个缺点是，它只有很有限的数据率容量，所以，就需要有一个能有更大数据率的CDMA正向信道。如在现有技术中熟知的，增大CDMA数据率的一个方法是，把其频带扩展到5MHz或10MHz，或更大。
本发明一些实施例能够发送宽带CDMA正向信道信号，而没有与现有技术相关的代价和限制。尤其是，本发明一些实施例具有三个突出的优点。
第一，本发明一些实施例能够以高数据率发送宽带(例如，5MHz,10MHz，等等)信号到现有技术中适当设计的宽带CDMA无线终端。这是一个优点，因为它意味着本发明实施例与现有几百万的CDMA无线终端向下兼容。为了达到这个要求，本发明一些实施例从两个或多个频率不同子信道产生一个宽带正向信道。有利的是，每个子信道是一个窄带信号，它能够，但不一定，与现有窄带标准(例如，IS-95)相容。
第二，从多个频率不同子信道产生宽带正向信道可以使本发明实施例利用空间发送分集(即，频率不同子信道中至少一个子信道从一个天线发送，此天线与用于发送其他子信道的天线有一定的距离)。这是特别有利的，因为按照这种方式构成的正向信道更能抵御干扰，失真和衰落。此外，多个子信道使用不同的载波频率，因此，它们是互相正交的，互相之间不会干扰。这与现有技术形成对比，现有技术中“相同”信号的延迟型式是从不同天线发送的，能引起自干扰。
第三，本发明一些实施能够与分配给现有窄带天线系统中的相同频谱共存。这个性质也称之为“覆盖(overlay)”，它是很有利的，因为系统可以同时支持窄带终端(例如，IS-95，等等)和宽带终端，而没有互相干扰。
本发明叙述的实施例包括：接收待发送到一个无线终端的码元数据流；把至少一些码元数据流分配给第一派生码元数据流；把至少一些码元数据流分配给第二派生码元数据流；把第一派生码元数据流调制到第一载波频率上，以产生第一调制载波；把第二派生码元数据流调制到与第一载波频率不同的第二载波频率上，以产生第二调制载波；把第一调制载波从第一天线发射出去；以及把第二调制载波从与第一天线分开的第二天线发射出去。
图1表示现有技术无线远程通信系统的示意图。
图2表示现有技术CDMA基站中正向信道部件的方框图。
图3表示现有技术CDMA正向信道无线电设备主要部件的方框图。
图4表示按照本发明所描述实施例的CDMA基站中正向信道部件的方框图。
图5表示按照本发明所描述实施例的CDMA正向信道无线电设备主要部件的方框图。
图6表示按照本发明所描述实施例的CDMA调制器主要部件的方框图。
图7表示按照本发明所描述实施例的放大级主要部件的方框图。
图8表示按照本发明所描述实施例的空间发送分集天线阵列的方框图。
图9表示发射功率作为频率函数的曲线图，并指出按照本发明所描述实施例发射的子信道关系。
图10表示双空间发送分集天线阵列的方框图，它可以用于本发明所描述的实施例。
图11表示三空间发送分集-双空间接收分集天线阵列的方框图，它可以用于本发明所描述的实施例。
图4表示按照本发明所描述实施例中基站400主要部件的方框图，用于产生和发送c个正向信道的c个无线终端(未画出)。
按照所描述的实施例，来自无线交换中心(未画出)的多路复用码元数据流包括c个码元数据流，按照熟知的方式很方便地被多路分解器401接收。有利的是，c个数据流中的每一个按照熟知的方式通过唯一的正向信道发送到c个无线终端(未画出)中唯一的一个无线终端。按照所描述的实施例，多路分解器401多路分解c个数据流，并按照熟知的方式把每个数据流路由到c个正向信道无线电设备403-1至403-c中的一个。
按照所描述的实施例，c个正向信道无线电设备403-1至403-c中的每一个能够工作在：(1)IS-95兼容模式，或(2)与IS-95不兼容的宽带模式二者之一。若正向信道无线电设备是在IS-95兼容模式，则它产生一个IS-95顺应性1.25MHz宽的正向信道信号，此信号能够被现有技术IS-95顺应性无线终端接收。与此对比，若正向信道无线电设备是在宽带模式，则它产生一个不同载波频率上包括k个1.25MHz宽子信道的正向信道，如下面要更详细地描述的。专业人员清楚地知道如何制作和利用本发明的实施例，其中c个正向信道无线电设备403-1至403-c中的一个或多个能够工作在别的模式(例如TDMA,GSM,IS-41,TD/CDMA，等等)。
为了便于说明，每个正向信道无线电设备只能工作在两种模式，即，窄带模式(例如，IS-95兼容模式，等等)和宽带模式。然而，专业人员清楚地知道如何制作和利用按照本发明的正向信道无线电设备，这些无线电设备能够工作在一个或多个宽带模式，或者一个或多个窄带模式，或者二者的组合。此外，专业人员清楚地知道，每个正向信道无线电设备能够在软件控制下在两种模式之间切换，而无需更改硬件，且按照呼叫顺序方式工作。
正向信道无线电设备403-1至403-c中的每一个方便地接收来自多路分解器401唯一的码元数据流，给以编码并调制到k个不同载波频率中的一个或多个频率上。按照所描述实施例的正向信道无线电设备主要部件在图5中表示。
图5表示按照本发明所描述实施例的正向信道无线电设备403-i主要部件的方框图。正向信道无线电设备403-i能够工作在：(1)IS-95兼容模式，或(2)与IS-95不兼容的宽带模式。若所描述实施例是在IS-95兼容模式，则所描述实施例产生一个IS-95顺应性1.25MHz宽的正向信道信号，此信号能够被现有技术IS-95顺应性无线终端接收。与此对比，若所描述实施例是在宽带模式，则所描述实施例产生并发送一个正向信道，它包括不同载波频率上k个1.25MHz宽的信号。
正向信道无线电设备最好包括：卷积编码器501，码元重发器503，块数字复用器505，乘法器507，长码发生器509，抽取器511，转接器513，乘法器515-1至545-k，和调制器517-1至517-k，按图所示互相连接。
按照本发明所描述的实施例，来自多路分解器401的码元数据流按照熟知的方式方便地被卷积编码器501接收。卷积编码器501按照熟知的方式方便地编码码元数据流，用于误差控制。若所描述实施例是在IS-95兼容模式，则卷积编码器501按照熟知的方式方便地对码元数据流进行编码。若所描述实施例不在IS-95兼容模式，则专业人员清楚地知道如何为卷积编码器501选择一组合适的参量。
来自卷积编码器501的码元数据流被码元重发器503接收，此重发器按照熟知的方式重复数据流中的码元，给出标称的码元速率(symbolrate)。若所描述实施例是在IS-95兼容模式，则码元重发器503按照IS-95技术规定方便地重复数据流中的码元。若所描述实施例不在IS-95兼容模式，且需要同时广播，则码元重发器503方便地连续重复每个码元N次，其中N是所描述实施例发送的多载波正向信道信号中载波信号的数目。若所描述实施例不在IS-95兼容模式，且不需要同时广播，则专业人员清楚地知道如何为码元重发器503选择一组合适的参量。
来自码元重发器503的码元数据流按照熟知的方式方便地被块数字复用器505接收，此块数字复用器隔行插入这些码元。若所描述实施例是在IS-95兼容模式，则块数字复用器505按照IS-95技术规定方便地隔行插入这些码元。若所描述实施例不在IS-95兼容模式，且需要同时广播，则块数字复用器505和转接器513的参量是方便地配合的，所以从转接器513出来的所有数据流是相同的。若所描述实施例不在IS-95兼容模式，且不需要同时广播，则专业人员清楚地知道如何为块数字复用器505选择一组合适的参量。
长码发生器507按照熟知的方式方便地产生称之为长码的伪随机信号，此信号是用于对块数字复用器505出来的码元数据流加密的基础。若所描述实施例是在IS-95兼容模式，则长码发生器507按照IS-95技术规定方便地产生长码。若所描述实施例不在IS-95兼容模式，则专业人员清楚地知道如何为长码发生器507选择一组合适的参量。
来自长码发生器507的长码按照熟知的方式被抽取长码的抽取器511接收。若所描述实施例是在IS-95兼容模式，则抽取器511按照熟知的方式根据IS-95技术规定方便地产生长码。若所描述实施例不在IS-95兼容模式，专业人员清楚地知道如何为长码发生器511选择一组合适的参量。
来自块数字复用器505的码元数据流按照熟知的方式被来自抽取器511抽取的长码方便地相乘，形成对码元数据流加密。专业人员清楚地知道如何制作和利用乘法器507。
来自乘法器507加密的码元数据流被转接器513接收，此转接器把数据流中的码元分配给N个派生码元数据流中的一个或多个。每个派生数据流是按照本发明所描述实施例的宽带正向信道中一个子信道。
有利的是，N个派生码元数据流中的每一个唯一地与不同的发送载波频率相关。按照所描述的实施例，第k个派生数据流，其中k=1至N，方便地被乘法器515-k，调制器517-k，和放大器519-k处理，把第k个派生数据流调制到第k个载波频率上。虽然本发明所描述实施例画出的转接器产生三个派生数据流，专业人员清楚地知道如何制作和利用本发明实施例，其中包括N≥1个派生数据流。
若所描述实施例是在IS-95兼容模式，则转接器513把接收到的码元数据流中所有码元指向仅仅一个派生码元数据流。若所描述实施例不在IS-95兼容模式，且需要同时广播，则选取码元重发器503，块数字复用器505和转接器513的参量，使得从转接器513出来的所有k个派生数据流完全相同。或者，若所描述实施例不在IS-95兼容模式，且不需要同时广播，则转接器513方便地把接收到的码元数据流中每个码元按照循环方式分配给每个派生数据流。
乘法器515-1至515-k中每一个乘法器按照熟知的方式方便地把第k个派生数据流的码元分别乘以正交码(例如，Walsh码，等等)，可以使第k个派生数据流指向的无线终端区别于来自其他信号的第k个派生数据流。有利的是，k个派生数据流中每一个被相同的正交码相乘，此正交码是与正向信道指向的无线终端相关。
调制器517-1至517-k中每一个调制器方便地扩展第k个派生数据流，利用四相移相键控(“QPSK”)按照熟知的方式分别调制数据流到第k个载波频率上，并把结果输出到图7所示放大级405的加法器701-i。图6表示按照本发明所描述实施例中调制器517-i主要部件的方框图，其中i=1至k。
第i个派生数据流进入调制器517-i，方便地被两个信道处理。“I”或“同相”信道包括乘法器601，基带滤波器603和乘法器605，“Q”或“正交相位”信道包括乘法器602，基带滤波器604和乘法器606。乘法器605和乘法器606的输出由加法器607求和，和值传送到加法器701-i。按照熟知的方式，乘法器601方便地以同相伪随机序列乘上或“扩展”第i个数据流，此同相伪随机序列与正向信道指向的无线终端相关，乘法器602按照熟知的方式以正交相位伪随机序列扩展第i个数据流，此正交相位伪随机序列也与该无线终端相关。
基带滤波器603和基带滤波器604最好是低通滤波器，其截止频率等于所描述实施例窄带信号的带宽，为1.25MHz。
乘法器605方便地以同相载波乘上基常滤波器603的输出，此载波频率为θi，乘法器606以正交相位载波乘上基带滤波器604的输出，此载波频率也是θi。专业人员清楚地知道如何制作调制器517-i。
参照图4,c个正向信道无线电设备中每一个无线电设备的k个调制载波中的每一个调制载波按照逐个载波方式被放大级405放大，如图7所示。图7表示放大级405的主要部件，这个放大级最好包括：k个加法器701-1至701-k,k个放大器703-1至703-k。有利的是，加法器701-i接收来自全部c个正向信道无线电设备403-1至403-c第i个频率的调制载波，其中i=1至k，所以，相同频率的所有载波一起求和，而与其他载波频率隔离开。加法器701-i的输出传送到放大器703-i，其中i=1至k。放大器703-i按照熟知的方式方便地放大复合信号，并把放大了的信号输出到天线阵列407。
图8表示天线阵列407的主要部件，此天线阵列唯一地发送所有载波频率为θi的信号到k个天线801-1至801-k中的一个天线上，以获得k元发送分集。有利的是，天线801-1至801-k中的每一个互相分开的距离至少为最高频率θi载波的一个波长。
若正向信道无线电设备403-i是在IS-95兼容模式，则只产生一个派生数据流，正向信道中只有一个信号从天线阵列407中一个天线上发送出去。与此对比，若正向信道无线电设备403-i不在IS-95兼容模式，而是在宽带模式，则产生正向信道两个或多个派生数据流，每个派生数据流调制在不同的载波频率上，并方便地从天线阵列407中不同的天线上发送出去。
通过从不同的发送天线上发送不同载波频率的每个派生数据流，所描述实施例在正向信道中获得频率和空间分集，这就大大地增加频谱效率和基站400的总体业务容量。
此外，所描述实施例能使宽带信道重叠在窄带信道上，该宽带信道与窄带信道向下兼容。例如，考虑这样一种情况，其中基站400需要发送两个数据流到两个无线终端，第一个数据流是IS-95兼容的，第二个数据流是宽带(即，与IS-95不兼容)。对于IS-95兼容的数据流，只产生一个派生数据流，此数据流仅仅调制在一个载波频率θi上，从天线801-1至801-k中一个天线发射出去。与此对比，对于宽带数据流，还产生两个或更多个派生数据流，每个派生数据流调制在不同的载波频率上，且每个派生数据流是从天线801-1至801-k中不同的一个天线发射出去。
图9表示按照本发明所描述实施例的正向信道中，信号强度作为频率函数的曲线图。可以明白，按照这个实施例，单个载波频率，例如θ2，可以承载一个或多个IS-95兼容的窄带正向信道，或者一个或多个宽带正向信道的一部分，或是二者的组合。
图10表示按照本发明所描述实施例中另一个天线阵列407实施例的方框图，其中天线阵列407的天线数目少于基站400发送的载波频率数目。在此情况下，k个载波频率尽可能均匀地分配给现有的天线，以获得尽可能多的空间分集。此外，有利的是，宽带信号不是由从相同天线发送出去的子信道构成的。特别是，图10表示天线阵列407的一个实施例，其中k=3个载波频率仅从两个天线上发送出去。
图11表示按照本发明所描述实施中又一个天线阵列407实施例的方框图，其中天线1100-1至1100-k中的一些天线既用于空间发送分集又用于空间接收分集。在此情况下，若k=2，双工器1101-1和1101-2按照熟知的方式用于从发送信号中分出两个接收信号RX1和RX2。此外，专业人员清楚地知道如何把图10中天线阵列407实施例与图11中天线阵列进行组合，为的是使两个天线上有空间发送分集和空间接收分集。
应该明白，上述实施例仅仅用于说明本发明，专业人员在不偏离本发明内容的条件下可以设想出各种变化。所以，我们认为，这些变化应该包括在以下权利要求书及其相关内容的范围内。

Claims (14)

1．一种设备，包括：
转接器，用于接收待发送到一个无线终端的码元数据流，把至少一些所述码元数据流分配给第一派生码元数据流，以及把至少一些所述码元数据流分配给第二派生码元数据流；
第一调制器，用于调制所述第一派生码元数据流到第一载波频率上，以产生第一调制载波；
第二调制器，用于调制所述第二派生码元数据流到第二载波频率上，以产生第二调制载波，其中所述第二载波频率不同于所述第一载波频率；
第一天线，用于发送所述第一调制载波；以及
第二天线，用于发送所述第二调制载波。
2．按照权利要求1的设备，其中所述码元数据流是直接序列扩展频谱信号。
3．按照权利要求1的设备，还包括：
第一乘法器，用于以正交码调制所述第一派生码元数据流；和
第二乘法器，用于以所述正交码调制所述第二派生码元数据流。
4．按照权利要求1的设备，其中所述第一派生码元数据流等同于所述第二派生码元数据流。
5．按照权利要求1的设备，其中所述转接器把所述码元数据流中每隔一个的码元按循环方式分配给所述第一派生码元数据流和所述第二派生码元数据流。
6．按照权利要求1的设备，其中所述转接器还把至少一些所述码元数据流分配给第三派生码元数据流，且还包括：
第三调制器，用于调制所述第三派生码元数据流到第三载波频率上，以产生第三调制载波，其中所述第三载波频率不同于所述第一载波频率和所述第二载波频率。
7．按照权利要求6的设备，还包括第三天线，用于发送所述第三调制载波。
8．一种方法，包括：
接收待发送到一个无线终端的码元数据流；
把至少一些所述码元数据流分配给第一派生码元数据流；
把至少一些所述码元数据流分配给第二派生码元数据流；
调制所述第一派生码元数据流到第一载波频率上，以产生第一调制载波；
调制所述第二派生码元数据流到第二载波频率上，以产生第二调制载波，其中，所述第二载波频率不同于所述第一载波频率；
从第一天线发送所述第一调制载波；以及
从第二天线发送所述第二调制载波，所述第二天线是与所述第一天线分开的。
9．按照权利要求8的方法，其中所述码元数据流是直接序列扩展频谱信号。
10．按照权利要求8的方法，还包括：
用正交码调制所述第一派生码元数据流；和
用所述正交码调制所述第二派生码元数据流。
11．按照权利要求8的方法，其中所述第一派生码元数据流等同于所述第二派生码元数据流。
12．按照权利要求8的方法，其中所述转接器把所述码元数据流中每隔一个的码元按循环方式分配给所述第一派生码元数据流和所述第二派生码元数据流。
13．按照权利要求8的方法，其中所述转接器还把至少一些所述码元数据流分配给第三派生码元数据流，且还包括：
第三调制器，用于调制所述第三派生码元数据流到第三载波频率上，以产生第三调制载波，其中所述第三载波频率不同于所述第一载波频率和所述第二载波频率。
14．按按照权利要求6的设备，还包括第三天线，用于发送所述第三调制载波。
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