CN1237839A - Cdma发射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种非对称通信的CDMA通信装置，它包含：帧组装部分，用于借助已知的基准信号和发射功率控制比特组装帧；以及发射速率控制部分，用于将已知基准信号与大于对称通信时发射速率的发射功率比特组成的发射信号设定为较低的发射速率。
Description
本发明涉及用于诸如数字车载电话和便携式电话之类蜂窝系统的CDMA发射装置。
CDMA(码分多址)系统是一种在诸如车载电话和便携式电话之类无线通信中多个站点同时共用一条频带时采用的多址系统技术。已知的其它技术是FDMA(频分多址)系统、TDMA(时分多址)系统。CDMA系统的频率利用率较高，于其它技术相比能够容纳更多的用户。
CDMA系统通过扩展频谱通信实现多路访问，其中信息信号频谱被扩展到较原始信息带宽充分宽的频带上发送。有一种CDMA系统是直接序列系统，其中的扩展码在扩展期间直接载带于信息信号上。在这种直接序列系统中，来自多个移动站的信号在同一频率区域和同一时区内多路复用。
对于利用直接序列的CDMA系统，如果欲通信的发射站较远而不打算通信的另一发射站(干扰站)较近，则产生所谓的“远近问题”，此时从干扰站接收的信号接收功率大于欲通信发射站的信号功率，从而使得仅仅利用处理增益(扩展增益)的站无法抑制扩展码之间的相关性，导致通信失效。对于利用直接序列CDMA系统的蜂窝系统，需要根据从移动站到基站的上行链路上每条发射路径状态控制发射功率。
而且作为一种抵消衰落(它是陆基移动通信线路质量变差的原因)的措施，提出了一种通过发射功率控制来补偿接收功率瞬时值变化的方法。
未审查的日本专利公开No4-502841包含一个用于利用直接序列CDMA系统的蜂窝系统的发射功率控制方法实例。图1示出了实现该发射功率控制方法的结构。该蜂窝系统由基站装置和移动站装置组成并且通信一般在多个移动站装置与一个基站装置之间进行。
例如基站装置经天线1从多个移动站接收多路复用信号并输出至模拟接收机2。模拟接收机2执行诸如接收信号的放大和频率转换的处理并且处理过的信号被送至移动站的数字接收机3。
数字接收机3通过利用移动站侧所用的扩展码进行相关性检测来将特定移动站信号从多路复用信号中分离出来并输出至基带处理电路4和接收强度检测电路6。基带处理电路4从分离信号中获得接收数据。另一方面，它将发送至上述移动站的数据输出至调制器5作为发射信号。
接收强度检测电路6测量从上述移动站接收信号的强度，根据测量的强度产生功率控制比特并输出至调制器5。该功率控制比特被用来控制上述移动站的发射功率。
调制器5用分配给上述移动站的扩展码相乘基带处理电路4的发射信号和接收强度检测电路6的功率控制比特并将结果输出至加法器7。加法器7多路复用来自调制器的多个移动站的扩展信号。多路复用信号经过诸如转换为RF频率和放大的处理，随后从天线1发射。
移动站装置经天线8从基站接收信号并输出至模拟接收机9。模拟接收机9对接收的信号执行诸如放大和频率转换之类的处理并将处理的信号输出至数字接收机10。而且模拟接收机9配备有接收信号总体功率强度测量电路9并且测量的功率强度被输入发射强度控制电路13。
数字接收机13通过相关性检测将指向其的信号从扩展与多路复用信号中分离出来并输出至基带处理电路11。它还从分离的信号中提取功率控制比特并输出至发射强度控制电路13。基带处理电路11从分离信号中获得接收数据。同时它将送至基站的发射数据作为发射信号输出至调制器12。
调制器12通过用分配的扩展码相乘基带处理电路11的发射信号而对发射信号进行扩展并将结果输出至发射强度控制电路13。发射强度控制电路13利用来自模拟接收机9的总体功率控制强度和从接收信号提取的功率控制比特控制扩展信号的发射功率。发射强度控制电路13的输出信号经过诸如RF频率转换和放大之类的处理，随后从天线8发射。
所示结构的蜂窝系统中所用的发射功率控制方法利用移动站装置的模拟接收机2测量的总体功率强度控制发射功率强度。这补偿了基站接收强度中心值因移动站相对基站运动引起距离变化导致的变化。该方法称为“基于开环的发射功率控制方法”。
而且如果基站装置的接收强度检测电路6测量的上述移动站信号强度低于预定基准强度，则确定功率控制比特为提高移动站的发射强度，相反，如果高于基准强度，则确定功率控制比特为降低移动站发射强度，并且将这些功率控制比特发送至移动站。
移动站利用数字接收机10提取的功率控制比特控制发射强度并补偿由于上行链路(移动站→基站)与下行链路(移动站←基站)衰落不同引起的瞬时值差异。该方法被称为“基于闭环的发射功率控制方法”。
如图所示，直接序列CDMA系统利用基于开环和闭环的发射功率控制方法。
CDMA系统利用高度正交的编码作为扩展码来抑制扩展码之间的干扰。这使得系统容量可以扩展。在已知的具有较高正交性的Walsh码和正交Gold码中，相互正交码的数量受制于相同码长的数量。因此为了确保分配给用户的扩展码数量，采用的方法是将周期等于信号符号长度的短码与周期大于短码的长码组合使用。
在这种情况下，采用的方法是下行链路的每个基站都分配一个长码，该长码随基站不同而不同。这保证了同一小区内所有用户的正交性。而且来自其它小区的信号用不同的长码扩展并转换为噪声，从而可以将干扰抑制在较低水平。在这种情况下，为了保证正交性，用户数量不能超过下行链路上的码长。
另一方面，在上行链路上，由于移动站与基站之间的距离对于各移动站是不同的并且基站接收信号的扩展码时序也随移动站不同而不同，所以无法保证码的正交性。因此用户数不受上行链路码长的限制。
通过将图2所示分层的生成矩阵组合使用产生诸如Walsh码之类的分层型正交码，其特征在于任意层次的两个扩展码都是互相正交的。例如C10和C13是互相正交的，并且C20和C27是互相正交的。而且C20和C24是由C10的单元及C10单元的反码组成，因此C20和C24与C11-C13正交但C10排除在外。
在诸如便携式电话之类的语音通信中，上行链路和下行链路采用相同的通信信息速率，但是当在蜂窝系统中完成诸如数据通信之类的多媒体服务时，信号速率在上行链路与下行链路之间是不对称的。例如当信息只从移动站侧发送时，上行链路与下行链路之间的信息速率是不对称的，这种通信被称为“非对称通信”，而上行链路与下行链路之间通信速率相同的通信被称为“对称通信”。
现假设信息发送服务只在上行链路上进行而不在下行链路上进行。实现闭环发射功率控制需要扩展码从而在无信息发送的下行链路上发送发射功率控制比特。
在这种情况下，由于用于闭环发射功率控制的下行链路扩展码资源的缺乏，当试图接纳只有下行链路信号的服务时，由于扩展码的缺乏，即使系统容量没有问题，但是也无法接纳这些服务。而且假定不发射功率控制比特，则试图确保下行链路扩展码意味着无法进行发射功率控制，这将影响上行链路的质量并减少上行链路的系统容量。
本发明的目标是提供一种CDMA蜂窝系统中的CDMA通信装置，即使在只有上行链路的非对称通信中也可以在完成上行链路开环发射功率控制时避免在下行链路上出现扩展码的缺乏。
该目标的实现非对称通信期间利用了CDMA通信装置，它包含：帧组装部分，用于借助已知的基准信号和发射功率控制比特组装帧；以及发射速率控制部分，用于将已知基准信号与大于对称通信时发射速率的发射功率比特组成的发射信号设定为较低的发射速率。
图1为普通CDMA移动通信系统的结构框图；
图2为分层正交性码的产生示意图；
图3为按照本发明一个实施例的CDMA移动通信系统结构的框图；
图4为图3所示帧结构部分的框图；
图5为图3所示扩展码确定部分121结构的框图；
图6为按照上述本实施例的CDMA移动通信系统中正常操作时信号发射方法和发射功率控制方法的时序图；
图7为按照本上述实施例的CDMA移动通信系统中非对称通信期间信号发射方法和发射功率控制方法实例的时序图；以及
图8为按照本上述实施例的CDMA移动通信系统中非对称通信期间信号发射方法和发射功率控制方法另一实例的时序图。
以下借助附图描述本发明的实施例。
图3为按照本发明实施例1的CDMA移动通信系统的结构框图。该移动通信系统由诸如基站装置和移动站装置之类的CDMA通信装置构成。
基站装置包含编码器101、导频信号发生器102、帧结构部分103、扩展器105、扩展码确定部分121、发送信号幅度控制部分106、加法部分107、发射RF部分108、天线109、接收RF110、相关器111、解码器112、接收SIR测量仪113以及发射功率控制比特发生器104。
基站装置中的帧结构部分103如图4所示，包含将编码数据组装为帧的帧组装部分1031和完成重复处理的重复电路1032，该处理用于非对称通信期间帧组装帧数据的发射速率控制。
扩展码确定部分121如图5所示包含：操作扩展码控制部分1211，在其控制下控制用于移动站的扩展码；码比较部分1212，它在非对称通信时比较存储在存储器1213内的扩展码；确定部分1214，它根据比较结果确定可用的扩展码；以及码分配部分1215，其根据所用的扩展码和所需的确定结果向特定的下行链路分配扩展码。存储器1213存储诸如Walsh码之类的分层正交型扩展码。
移动站装置包含天线114、接收RF部分115、相关器116、解码器117、发射功率控制部分118、发射RF部分120和发送基带处理部分119。
在上述构成的移动通信系统的基站装置内，移动站的发送数据被输入编码器101，经过编码处理等之后输出至帧结构部分103。而且导频信号发生器102产生导频信号，其数据模式是固定的(例如已知的基准信号、导频符号)并输出至帧结构部分103。
在帧结构部分103内，编码器101的输出、来自导频信号发生器102的导频信号以及来自发射功率控制比特发生器104的发射功率控制比特被输入并组装为帧。即，上述信号在帧结构部分103的帧组装部分1031内组装为帧数据。
此时如果是非对称通信，则帧结构部分103根据指示非对称信息的发射信息，通过重复电路1032的重复处理设定较低的发射速率并仅仅借助导频信号和发射功率控制比特构造帧。
帧构造数据被输出至扩展器105。扩展器105采用扩展码确定部分121确定的扩展码完成对帧构造数据的扩展处理并将扩展信号输出至发射信号幅度控制部分106。
扩展码确定部分121向操作扩展码控制部分1211输入关于通信是对称通信还是非对称通信的发射信息。如果发射信息指示通信是对称的，则操作扩展码控制部分1211根据扩展码的操作情况借助存储器1213提取未使用的扩展码并输出至码分配部分1215。码分配部分1215分配输入至特定下行链路的扩展码。
如果发射信息指示通信是非对称的，则如下所述将发射速率控制在较低水平，并且操作扩展码控制部分1211借助存储器1213提取比对称通信链路所用更长的扩展码。提取的扩展码被送至码比较部分1212，它与由操作扩展码控制部分1211控制的所用的扩展码比较。
通过检查操作扩展码分量单元是否用于提取的扩展码而完成比较。比较结果被送往确定部分1214，随后判断是否在非对称通信中用作下行链路的扩展码。确定部分1214判断能使用的扩展码被送至码分配部分1215，在那里扩展码被分配给特定的下行链路。
发射信号幅度控制部分106控制信号输入的幅度并将信号输出至加法器107。加法器107将发射信号幅度控制部分106的输出与来自其它移动站发射部分的信号相加并将结果输出至发射RF部分108。发射RF部分108完成输入的调制和频率转换并且从天线109发射该发射信号。
经天线109从移动站接收的信号由接收RF部分110频率转换和解调并输出至其它移动站的相关器111和接收处理部分。在相关器111中，用移动站侧所用的扩展码对信号进行解扩展并从接收的信号中分离所需的电波信号。分离和解扩展的数据被输出至解码器112和接收SIR(信号-干扰比)测量仪113。
解码器112解码输入并获得接收的数据。接收SIR测量仪113从接收信号中测量接收SIR并将测量结果输出至发射功率控制比特发生器104。发射功率控制比特发生器104将接收SIR输入与基准SIR比较并控制接收SIR从而可以逼近基准SIR，即产生移动站的发射功率控制比特从而减小基准SIR与接收SIR之间的差异。发射功率控制比特输出至帧构造部分103。
另一方面，在移动站装置中，经天线114从基站接收的信号输出至接收RF部分115。接收RF部分115完成输入的频率转换和解调并输出至相关器116。相关器116利用基站侧所用的扩展码进行解扩展并将解扩展数据输出至解码器117。
解码器117解码输入并获得接收的数据。它还获取发射功率控制比特并将该发射功率控制比特输出至发射功率控制部分118。发射功率控制部分118利用来自基站的发射功率控制比特来确定发射功率并输出至发射RF部分120。
另一方面，用于基站的发射数据在发射基带处理部分119中经发射路径编码和扩展处理并输出至发射RF部分120。发射RF部分120对输入进行调制和频率转换并从天线114发射该发射信号。
在上述CDMA移动通信系统中，首先描述正常的发射功率控制处理操作。
图6为正常发射功率控制下信号时序图。如图6所示，下行链路信号由导频信号、发射功率控制比特和以时隙为单位的时分多路复用发射数据组成，它们被帧构造部分103组装并且从基站以这样的结构发射。
导频信号具有固定的信息模式并且被移动站用来估计解调的发射路径。上行链路信号也作为信号时隙周期与下行链路信号一起发射。为了使上行链路时序中发射功率控制延迟最小，下行链路提供了偏移。偏移设定为可以反映上行链路的发射功率。
在基站中，SIR测量仪113测量上行链路信号时隙开始时信号的接收SIR。接收SIR代表链路质量。测量的接收SIR被送至发射功率控制比特发生器104并由发射功率控制比特发生器104将其与前面作为所需质量提供的基站SIR进行比较。
如果接收SIR低于基准SIR，则发射功率控制比特发生器104产生发射功率控制比特作为命令要求提高移动站的发射功率，如果如果接收SIR高于基准SIR，则产生发射功率控制比特作为命令要求降低移动站的发射功率并在下一时序内通知移动站。
移动站从接收信号中提取该发射功率控制比特并且发射功率控制部分118从发射功率控制比特(命令提高/降低发射功率)中确定发射功率值并使其反映下一上行链路时隙开始时的发射功率。即，移动站根据来自基站的提高/减小发射功率的命令确定发射功率并反映于下一上行链路上。
以下借助图7描述在通信期间仅仅利用上行链路的非对称通信期间的发射功率控制方法。下行链路上无发射数据，并且帧构造部分103发射仅仅由导频信号和组装在时隙单元内的发射功率控制比特组成的信号。在这种情况下发射功率控制按照与正常通信一样的方式进行。
在这种情况下，下行链路上唯一发送的信号是导频信号和发射功率控制比特，并且载波速率大大降低。通过以这种方式控制发射速率，可以以被发射信号幅度控制部分106减少的发射功率发射信号。并且采用较长层次的正交型码作为扩展器105使用的扩展码。因此信号可以在低发射功率下发射，从而可减少对其它移动站的干扰。
以下借助图2描述如何确定这种情况下的扩展码。假定在正常上行链路和下行链路对称通信期间采用四种扩展码资源C10-C13。
当只用上行链路进行非对称通信时，如果发射速率设定为例如1/2，则采用同一扩展频带，并且可以采用两倍于编码长度的扩展码作为下行链路扩展码。即可以采用八种扩展码C20-C27。
如果C20用作下行链路的扩展码，则C20利用前一层次的扩展码C10作为其组成单元。因此C20无法保证与C10正交并且不再用作正常下行链路的扩展码。
如果有另一个用户仅用上行链路进行非对称通信，则C24可以分配为下行链路的扩展码。类似于C20,C24包含C10作为其组成单元并且无法保证与C10正交。
这里C20和C24互相正交。因此不能用作正常下行链路扩展码的C20和C24可以用作导频信号和发射功率控制比特的扩展码。因此可以增加用户数而无需减少正常下行链路所用扩展码的数量。
如上所述，无法用作正常下行链路的扩展码被用作非对称通信时的导频信号和发射功率控制比特的扩展码，从而可以确保有大量的扩展码而与此同时又保持正交性。这使得可以有效利用扩展码资源并增加用户数。而且这可以降低导频信号和发射功率控制比特的发射速率，从而抑制与其它移动站的干扰。
在上述结构的CDMA移动通信系统中，可以象在移动站发射功率控制中一样对基站作闭环发射功率控制。在这种情况下，下行链路发射功率控制比特的质量可以得到改善。
而且如图8所示，本发明的实现方式可以是将下行链路的一个时隙划分为多个子时隙并将每个子时隙用于不同非对称通信用户的下行链路信号。在这种情况下，下行链路的扩展码可以得到更有效的使用，并且系统可以容纳更多的用户。基站的发射功率控制也可以用于这种情况。
按照本发明的CDMA通信装置采用分层正交型扩展码，在只用上行链路的非对称通信中将下行链路的发射速率设定得较低，并且利用长码层次的扩展码在下行链路上发射发射功率控制比特。在CDMA蜂窝系统中，可以在只用上行链路的非对称通信期间对上行链路实行开环发射功率控制，与此同时避免了下行链路上扩展码的缺乏。
本说明书基于1998年3月10日提交的日本专利申请No.HEI 10-78316，其内容都已包含在这里。
Claims (13)
1．一种CDMA通信装置，其特征在于包括：
帧组装装置，用于借助已知的基站信号和非对称通信期间的发射功率控制比特组装帧；
发射速率控制装置，用于将所述已知基准信号和所述发射功率比特组成的发射信号的发射速率设定得低于对称通信的发射速率。
2．如权利要求1所述的CDMA通信装置，其特征在于包含采用扩展码扩展所述已知基准信号和发射功率比特组成的发射信号的扩展码确定装置，扩展码长于对称通信线路的扩展码。
3．如权利要求2所述的CDMA通信装置，其特征在于所述扩展码确定装置采用分层正交型扩展码作为扩展码并确定该扩展码用于扩展所述已知基准信号和发射功率比特组成的发射信号，分层扩展码包含周期长于对称通信线路所用扩展码的扩展码。
4．如权利要求2所述的CDMA通信装置，其特征在于扩展码确定装置选择与其它非对称通信线路所用扩展码正交的扩展码。
5．一种包含CDMA通信装置的基站，其特征在于所述CDMA通信装置包括：帧组装装置，用于借助已知的基准信号和非对称通信期间的发射功率比特组装帧；发射速率控制装置，用于将所述已知基准信号和所述发射功率比特组成的发射信号的发射速率设定得低于对称通信的发射速率。
6．一种与包含CDMA通信装置的基站装置进行无线通信的移动站装置，其特征在于所述CDMA通信装置包含：帧组装装置，用于借助已知的基准信号和非对称通信期间的发射功率比特组装帧；发射速率控制装置，用于将所述已知基准信号和所述发射功率比特组成的发射信号的发射速率设定得低于对称通信的发射速率。
7．一种CDMA移动通信系统，其特征在于进行非对称通信的基站装置以低于没有非对称通信时更低的发射速率发射已知的基准信号和发射功率控制比特，并且移动站接收所述发射功率控制比特并根据所述发射功率控制比特确定发射功率。
8．如权利要求7所述的CDMA移动通信系统，其特征在于长于对称通信扩展码的扩展码被用作非对称通信下行链路的扩展码并且该长扩展码与其它非对称通信线路所用的扩展码正交。
9．如权利要求7所述的CDMA移动通信系统，其特征在于分层正交扩展码被用作下行链路的扩展码包含周期长于对称通信下行链路的层次的扩展码，并且该长周期扩展码层次的扩展码与其它非对称通信链路所用扩展码正交。
10．一种扩展码选择方法，其特征在于选择分层正交型扩展码作为非对称通信用扩展码，所述分层正交型扩展码是一种包含周期长于对称通信下行线路扩展码的层次的扩展码，并且与其它非对称通信线路所用扩展码正交。
11．一种实现非对称通信的CDMA移动通信方法，其特征在于包含以下步骤：
当基站装置以低于不进行非对称通信时的发射速率发射已知的基准信号和发射功率控制比特；
移动站装置接收所述发射功率控制比特；以及
根据所述发射功率控制比特确定发射功率。
12，如权利要求11所述的CDMA移动通信方法，其特征在于采用比对称通信所用扩展码更长的扩展码作为非对称下行链路的扩展码并且该长扩展码与其它用于非对称通信线路的扩展码正交。
13．如权利要求11所述的CDMA移动通信方法，其特征在于分层正交扩展码被用作下行链路的扩展码并且包含周期长于对称通信下行链路的扩展码层次的扩展码被用作非对称通信下行链路的扩展码，并且该长周期扩展码的层次的扩展码与其它非对称通信线路所用扩展码正交。
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