CN1236238A - 蜂窝系统 - Google Patents

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Abstract

一种使用码分多址(CDMA)方案的蜂窝系统,包括:N(N是正整数)个导频信道和M(M是正整数)个数据信道。导频信道用来发射预先已知其发射信号的参考信号。数据信道用来发射信息。使M个数据信道的每一个对应于所述N个导频信道的一个或若干个。

Description

蜂窝系统
本发明涉及一种使用直扩码分多址(DS-CDMA)方案的移动电话/便携电话系统(蜂窝系统)，特别是涉及一种以使用用于相干检测和传输功率控制的导频信道的传输方法为特征的蜂窝系统。
作为本发明的现有技术可利用北美标准蜂窝系统的IS-95系统。
在按照IS-95技术规格的前向链路(基站→移动站)中，共同用于所有移动终端信道的导频信道被预先设置，并通过使用约为基站发射功率的20％的功率恒定发射信号。在导频信道上，使用具有较大长度(215码片周期=约26.6ms)的单扩展码(single spread code)，并发射未调制信号(即，通常为“0”)。给出的移动终端的接收部分测定使用导频信道接收的无线信号的传输路径(测定延迟，相位，和幅度)。该传输路径用来确定接入输出的移动终端的数据信道的解扩定时和执行相干检测和RAKE组合。
另一种现有技术是还未付诸实施的宽带码分多址方案(以下称之为W-CDMA)。W-CDMA是一种为第三代蜂窝系统(ITM-2000)研究的方案。最近，日本的无线电工业和商业联合会(ARIB)制定了IMT-2000标准协议。
根据现在提出的W-CDMA方案，已知的导频码元(由于该数据与其它数据时分多路复用，因此称之为导频码元，而不象在IS-95中称之为导频信道)被加到指向每个移动终端的信道上。
在IS-95中，导频信道仅设置在前向链路中。在现有的W-CDMA中，导频信道为相应数据信道而配置，因此码元还加到反向链路(移动站→基站)。与IS-95相类似，移动终端和基站的接收部分使用该导频码元测定传输路径，被测定的传输信道用来解调经数据信道寻址到其自身的数据。
通过在反向链路和前向链路中使用相同方法测定传输路径，导频码元以使用有效相干检测方案的方式被叠加在W-CDMA的每个数据信道上，从而改善反向链路的质量。这种导频码元叠加的另一目的是通过改变用于前向链路中的每个移动终端的基站天线的方向性来减少不必要方向上的无线电波辐射，从而改善前向链路质量。
该方法被称作自适应天线(自适应矩阵天线)或灵巧天线技术。该技术就依靠空间分割而重新使用无线电波而言是一种空分多址(SDMA)。在所有网孔中使用具有相同频率的无线电波的CDMA蜂窝系统中，SDMA被认为是有前途的未来技术。
现有技术的第一个问题是：上述的IS-95中对所有终端配备公共导频信道的方法不能很好地适应使用自适应矩阵天线来控制每个移动终端发射方向性的技术。
基站的天线方向性针对相应移动终端而变化是指：在传输路径方面，通过其在所有终端方向均匀地发射参考信号的导频信道不同于通过其由其方向性聚焦在自身终端的天线发射信息的数据信道，并且使用导频信道获得的传输路径测定结果不能用来解调经数据信道传输的信息。例如，使用导频信道检测的某些多路径信道可能落在数据信道方向性范围之外。此外，不能保证载频是同相的。
现有技术的第二个问题是：在如现有的W-CDMA方案中的把导频码元叠加到每个信道上的方法中，导频码元的额外开销变得极大，导致极差的传输效率，特别是会导致低数据率的语音通信。
在现有的W-CDMA方案中，四个导频码元以0.625-ms间隔发射，这可以认为是考虑纠错码效率=1/3时与4.26kbps对应的额外开销。该额外开销与高效率语音的数据率(例如8kbps)相比，并不算小。
现有技术的第三个问题是：尽管如上述的IS-95那样在使用公共导频信道时分配基站总传输功率的约20％来获得高质量参考信号，但是当导频码元加到每个数据信道上时，由于不能分配大功率，因此不能获得高质量的参考信号。低质量的参考信号必须通过例如滤波来改善。这影响到每个终端的复杂性。
自适应矩阵天线是未来技术，因此考虑到推广的早期阶段的成本因素，目前不应该使用该技术。最好的情况是：在推广的早期阶段，在设备投资方向没有任何自适应矩阵天线。然后，随着业务量的增加，这种技术作为改进技术进行投资。
传输路径测定不取决于数据率。由于这个原因，当设置高数据率时，例如当以384kbps提供数据服务时，导频码元的额外开销可以被忽略。因此，当主要提供低速话音服务时，公共导频信道方案是非常有利的，无论是否主要提供高速数据服务，单个导频信道方案都将成为未来的必不可少的技术。因此，人们需要一种能够很好地适应这种服务变化的灵活方案。
本发明是考虑到上述的现有技术状况作出的，本发明的主要目的是提供一种蜂窝系统，该系统引入了能够根据所需服务内容来选择最佳设备安排的灵活的参考信号传输方法。
本发明的另一个目的是提供一种传输方法，即使从以相当小的业务量主要提供语音服务的系统引入阶段到以大业务量提供高速数据服务的系统扩展阶段都来优化一个系统，也可以避免必需改变导频信道/数据信道分配方法。
本发明的另一个目的是当主要提供话音服务时简化移动终端设备，改善传输效率，和当将来建立SDMA技术时有效地适应高速数据服务。
为了实现上述目的，根据本发明的基本方面，提供一种蜂窝系统，它包括：具有N个导频信道的发射部分；具有M个数据信道的发射/接收部分：多个天线元件，一个天线加权矩阵，用于通过对从各个发射部分和发射/接收部分发射的信号的相位和幅度加权和把得到的信号送入各个天线单元来生成L种天线方向图；一个控制部分，用于向天线加权矩阵供应加权系数和使用控制信道通告数据与导频信道之间的对应关系；和一个具有控制信道的发射/接收部分，用于向每个移动终端通告与用于通信的数据信道对应的导频信道。
本发明的特征在于不固定导频和数据信道的组合，而是可以根据数据信道的使用状态动态地改变导频和数据信道的组合。
这样，若干个导频信道根据每个数据信道的使用状态被动态地指配，以使若干个具有相同天线方向性的数据信道共享导频信道，从而有效地使用导频信道资源。
即使将一个固定天线方向性的现有系统转换为一个设计得通过控制自适应天线矩阵的天线方向性或类似的方法方向性实现频率的空分复用的先进系统，也不需要改变导频信道/数据信道分配方法。因此，这种转换可以容易地实现。
本发明的另一个效果是可以根据系统的结构使系统容量达到最大。
这是因为通过使用所需最小数量的导频信道发射信号可以使作用于其它信道的干扰最小。
本发明的第三个效果是可以实现非常灵活的系统。
这是因为即使一个具有固定天线方向性的常规天线将来转换成一个通过控制自适应天线矩阵的天线方向性或类似方法设计得使其可实现频率的空分复用的先进系统，也不需要改变导频信道/数据信道分配方法。因此，这种转换可以容易地实现。
参照下面的详细说明和附图，本技术领域的技术人员将会明白本发明的上述和其它目的、特点和优点，其中结合本发明原理的优选实施例将通过示范性实例示出。
图1是显示根据本发明基本方面的基站设备的方框图；
图2是解释基本方面中天线方向性、导频信道和数据信道之间对应关系的示意图；
图3是显示基本方面的操作的流程图；
图4是显示导频信道发射部分的结构的一个实例的方框图；
图5是显示数据信道发射/接收部分的结构的一个实例的方框图；
图6是显示天线和天线元件的加权矩阵的结构的一个实例的方框图；
下面参照附图首先说明本发明的基本方面。
图1是显示根据本发明基本方面的基站设备的方框图。该基本方面与执行基站设备和移动终端间通信的蜂窝系统相关联。
参见图1，基站设备包括：具有N(N是正整数)个导频信道的发射部分101至103；具有M(M是正整数)个数据信道的发射/接收部分104至106；若干个天线元件109；一个用于天线108的加权矩阵，用于通过对发射部分101至103、发射/接收部分104至106和发射/接收部分107发射的信号相位和幅度加权来生成L(L是正整数)种天线方向图，并把得到的信号供给相应的天线元件109；一个控制部分110，用于向天线108的加权矩阵供应加权系数并使数据信道对应导频信道；和具有控制信道的发射/接收部分107，用于根据控制部分110的指令向每个移动终端通告与用于通信的数据信道对应的导频信道。下面说明图1中基本方面的操作情况。
参见图1，参考标记PL1至PLN代表导频信道1至N上的发射信号；Tch1至TchM代表数据信道(也称之为业务信道)1至M上的发射/接收信号；P1至PN代表用于导频信道1至N的发射控制信号(用于发射、发射功率的指令等的通/断控制)。
在数据信道1至M上，根据接收情况测定进行通信的移动终端的方向。并把被测定的移动终端通知控制部分110。控制部分110确定最佳天线方向性。如果确定的天线方向性正在另一个数据信道上使用以及对应的导频信道正在用于发射，则控制部分110经控制信道把对应的导频信道数(或扩展码)通知移动终端。如果未使用这种天线方向性，则选择可得到的导频信道以便开始具有该指定天线方向性的发射。
如果在语音通信之前不知道移动终端的位置，则可以首先开始具有全方向性的通信，然后可以在测定移动终端方向时再改变天线方向性和对应的导频信道。
如果像在语音终端那样，在导频信道被分离设置时产生过量额外开销，则可以通过公共导频信道分配给若干个终端来减少该额外开销产生的浪费。
当完成经指定数据信道的通信以及另一个数据信道不共享对应的导频信道时，通过使用对应的导频信道来停止发射。如果另一个数据信道共享导频信道，则使用导频信道继续发射。
图2是解释本发明基本方面的天线方向性与导频和数据信道之间的对应关系的附图。
图2示出了如何根据天线方向图和移动终端位置分配导频和数据信道的一个实例。此时，天线元件109正在使用四种方向图和导频信道PC1至PC4。在没有终端正在执行话音通信的方向上的任何方向图不被使用。
导频信道PC1覆盖了所有方向。该信道由一个其位置在话音通信开始后未被立即检测的移动终端、一个高速移动到基站BS附近的车内终端(即，一个从基站方面观察时其方向在短距离范围内改变的终端)等使用。导频信道PC2和PC3被均分给位于相同方向的若干数据信道。导频信道PC3在若干个话音终端相对宽的方法性。该数据信道DPC3是高比特率信道，它仅分配了一个导频信道PC4。该信道通过使用窄天线方向图降低对其它信道的干扰。
图3是显示基本方面操作的流程图。
参见图3，当通信开始时，首先发现可得到的数据信道，以确保数据信道发射/接收装置(步骤F-1)。如果此时已知移动终端的方向，则选择针对移动终端方向的最佳天线方向性。如果不知道移动终端方向，则可以选择可能存在该移动终端的所有方向上的天线方向性(步骤F-2)。
如果另一个终端存在于该天线方向性的方向中并正在进行通信(步骤F-3)，由于该终端通过使用导频信道执行具有该天线方向性的通信，因此可以使用该导频信道。也就是说，任何新的导频信道发射装置不必确保。如果该天线方向性未被使用(步骤F-3)，则确保可得到的导频信道发射装置，并且通过使用导频信道开始发射(步骤F-4)
然后，通过使用控制信道通告代表移动终端要使用的信道的导频和数据信道数目(或扩展码)，以便使用数据信道开始发射/接收(步骤F-6)。
假定最佳天线方向性按以下情况变化：在通信期间移动终端的位置移动到天线方向性端部，或通信开始时未知的移动终端的方向在用宽方向性执行发射/接收的一段时间后变成已知(步骤F-7)。在这种情况下，为新的天线方向性执行步骤F-3和其后步骤的处理。在通信期间要周期性地监视天线方向性是否需要变化。
当通信完成时(步骤F-8)，停止使用数据信道的发射/接收，以释放数据信道发射/接收装置(步骤F-9)。如果相同的导频信道未被其它数据信道使用(步骤F-10)，也停止使用导频信道发射以释放导频信道(步骤F-11)。如果相同的导频信道正在被其它数据信道使用(步骤F-10)，则终止与数据信道相关的处理，而不停止使用导频信道的发射。
下面参照图4至图6说明本发明的实施例。
图4是显示与数据信道N对应的发射部分结构的一个实例的方框图。
图5是显示与数据信道M对应的发射部分结构的一个实例的方框图。
图6是显示天线加权矩阵和天线元件结构的一个实例的方框图。
参见图4，该实施例中的用于导频信道的发射部分包括：一个扩展电路401，用于通过用扩展码SCN(TX)乘数据来扩展仅由“0”组成的数据；一个扩展码生成电路403，用于生成扩展码SCN(TX)；和一个发射功率扩展电路402，用于控制扩展信号的发射功率。不同的扩展码被分配到各个信道，从而在所有信道中共享相同频率的码分多址联(CDMA)中用作辨别信道的方法。
参见图5，本实施例的数据信道发射/接收部件包括：一个扩展电路501，用于用发射扩展码SCM(TX)扩展发射数据dM(TX)；一个发射功率控制电路502，用于控制扩展信号的发射功率；一个扩展码生成电路503，用于生成发射扩展码SCM(TX)和接收扩展码SCM(RX)；一个延迟电路504，用于根据接收信号的多路径信道的每个路径的延迟来延迟接收扩展码SCM(RX)；与路径数量相等解扩电路505，用于把延迟接收扩展信号和经数据信道的接收信号相乘；与路径数量相等的积分电路506，用于累加解扩信号1码元时间；和一个RAKE组合解调电路507，用于以最大比例同相地组合与各个路径对应的积分电路506的输出。
参见图6，本实施例的发射侧的天线加权矩阵包括：加权电路601和602，用于在各个信道的整个发射信号上用从控制部分供应的加权系数{W}对要输出到各个天线单元的信号(包括幅度和相位)加权；与天线元件数量相等的加法电路605，其每个电路加/组合每个信道中的发射信号；双工器606，其数量与天线元件数量相等，其每个允许一个天线用于发射和接收；和若干个天线元件607。同样，在接收侧加权矩阵包括一个加权电路603，用于用控制部分供应的加权系数(W)对每个天线单元接收的信号(包括幅度和相位)加权；和一个加法电路604，用于加/组合相应的加权接收信号。
下面参照图6说明本发明的蜂窝系统的操作情况。
如上述的本发明的基本方面那样，当数据通信开始时，确定每个接收天线方向性以使接收信号的信号干扰比(SIR)最小。具体地说，如果确定加权系数{WM1｀,WM2｀,…}以使SIRs的短时间平均值最小，则满足需要。此外，还要确定每个数据信道的发射方向性，使它具有与用于接收的天线方向性相同的天线方向性。在理想的无线系统(在发射和接收中增益和相位特性保持不变)中，如果用于接收的加权系数{WM1｀,WM2｀,…}的系数集合体共轭值被用作发射加权系数{WM1,WM2,…}，则满足需要。
上述操作可以通过把加权系数{WM1｀,WM2｀,…}和{WM1,WM2,…}限定到仅为“1”和“0”来简化。也就是说，选择预先分配方向性的一个(或若干个)天线用于发射/接收。在这种情况下，发射的方向性可以容易地与接收的方向性相匹配。从而可以极大地减少天线方向性确定的处理量，并简化对无线系统的增益和相位的调整。然而，这限制了天线方向性的自由度。
通过通告在相应信道中使用的扩展码可以使数据信道与导频信道相对应。导频信道或数据信道的发射功率被控制到0(截止)以防止不必要干扰对使用中的其它信道的干扰。

Claims (15)

1．一种使用码分多址(CDMA)方案的蜂窝系统，包括：
N(N是正整数)个导频信道，用于发射预先已知其发射信号的参考信号；和
M(M是正整数)个数据信道，用于发射信息；
其中使所述的M个数据信道的每一个对应所述N个导频信道的一个或若干个。
2．根据权利要求1所述的系统，其中
使所述的N个数据信道的每一个对应通过相同发射路径的所述的M个导频信道的一个。
3．根据权利要求1所述的系统，其中
所述的导频信道用于至少对使所述的导频信道与其对应的所述数据信道进行相干检测。
4．根据权利要求1所述的系统，其中
所述的导频信道用于对使所述导频信道与其对应的所述数据信道上进行发射功率控制。
5．根据权利要求1所述的系统，其中
所述的导频信道与所述的数据信道间的对应关系至少在使用所述的数据信道之前和每次使用数据信道时就立即被重新确定。
6．根据权利要求1所述的系统，其中
所述的导频信道与所述的数据信道间的对应关系在所述的数据信道使用期间可以通过通告新对应关系来改变。
7．根据权利要求1所述的系统，其中
当使所有的数据信道与所述的导频信道对应的应用被终止时，所述的导频信道停止发射。
8．根据权利要求2所述的系统，其中
当通过与新使用的数据信道相同发射路径的导频道未用于发射时，生成通过与所述数据信道相同发射路径的新导频信道并用来开始发射。
9．根据权利要求1所述的系统，其中
确定通过相同天线方向性用于发射/接收的信道作为通过相同发射路径的信道。
10．根据权利要求2所述的系统，其中
确定通过相同天线方向性用于发射/接收的信道作为通过相同发射路径的信道。
11．一种使用码分多址(CDMA)方案的蜂窝系统，包括：
具有N(N是正整数)个导频信道的发射装置；
具有M(M是正整数)个数据信道的发射/接收装置；
具有L(L是正整数)种方向图的天线装置；和
通告装置，用于通告所述的数据信道与所述的导频信道之间的对应关系；
其中根据用于通信的移动终端的位置通过从L种方向图中选择最佳图案来发射/接收使用所述的M个数据信道的每一个发射/接收的信息；
要使用各个所述的N个导频信道的发射的参考信号通过为用于所述数据信道的每个方向图选择一个导频信道来予以发射；
所述的通告装置通告用于发射的导频信道具有与所述数据信道相同的方法性图案。
12．使用码分多址(CDMA)方案的蜂窝系统中的参考信号发射方法，该方案通过使用导频信道发射N(N是正整数)个预先已知其发射信号的参考信号，并通过使用数据信道发射M(M是正整数)个信息段，该方法包括步骤：
使所述的M个数据信道每一个对应所述的N个导频信道的一个或若干个。
13．使用码分多址(CDMA)方案的蜂窝系统中的参考信号发射方法，该方法通过使用N(N是正整数)个导频信道发射参考信号，使用M(M是正整数)个数据信道发射/接收信息，使用所述的数据信道经具有L(L是正整数)种方向图的天线装置执行发射/接收，并经通告装置通告所述的数据信道与所述的导频信道之间的对应关系，该方法包括以下步骤：
通过根据用于通信的移动终端位置从L种方向图中选择最佳方案来发射/接收要使用所述的M个数据信道的每一个发射/接收的信息；
通过为正在所述的数据信道上使用的每个方向图选择一个所述的导频信道来发射要使用N个导频信道的每一个发射的参考信号；和
使所述的通告装置通告用于发射的导频信道具有与所述数据信道相同的方向图。
14．使用码分多址(CDMA)方案的蜂窝系统中的基站设备，包括：
N(N是正整数)个导频信道，用于发射预先已知其发射信号的参考信号；和
M(M是正整数)个数据信道，用于发射信息；
其中使所述的M个数据信道的每一个对应于所述N个导频信道的一个或若干个。
15．使用码分多址(CDMA)方案的蜂窝系统中的基站设备，包括：
具有N(N是正整数)个导频信道的发射装置；
具有M(M是正整数)个数据信道的发射/接收装置；
具有L(L是正整数)种方向图的天线装置；和
通告装置，用于通告所述的数据信道与所述的导频信道之间的对应关系；
其中根据用于通信的移动终端的位置通过从L种方向图中选择最佳图案来发射/接收使用所述的M个数据信道的每一个发射/接收的信息；
通过为用于所述的数据信道的每个方向图选择一个导频信道来发射使用所述的N个导频信道的每一个发射的参考信号；
所述的通告装置通告用于发射的导频信道具有所述的数据信道相同的方向图。
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