CN1239387B - 为反向链路分配最佳沃尔什码的方法 - Google Patents

Abstract

在具有一个基站和多个移动台的通信系统中为反向链路分配最佳正交函数码的方法，包括以下步骤：检测从一个既定的移动台到基站的反向信道的特性；基于检测到的反向信道的特性获得正交函数码；分配获得的正交函数码给既定的移动台。根据本发明，分配最佳沃尔什(Walsh)码以区分反向链路上的不同的移动台信号，从而最小化CDMA通信系统中的移动台间干扰。因此，经过多条路径的移动台间干扰能够被最小化，从而显著提高了反向链路的信噪比。

Description

为反向链路分配最佳沃尔什码的方法

技术领域

本发明涉及分配最佳沃尔什(Walsh)码的方法，用于区分反向链路的移动台信号，从而使码分多址(以下称CDMA)通信系统中的移动台之间的干扰最小化。

背景技术

一般说来，在一个CDMA通信系统中，从移动台到基站之间的反向链路的语音质量劣于从基站到移动台之间的正向链路的语音质量。特别是，反向链路上的多径衰落和移动台间干扰对通信系统的性能有很大的影响。

在正向链路中，所有的CDMA信号之间通过伪噪声(以下称PN)码来相互区分。而且，所有的CDMA信号共享一对正交PN码。

即，经过CDMA信道从一个基站发送出的所有的CDMA信号都具有相同的PN码相位。移动台根据基于沃尔什函数的二进制正交码来区分这些信号。

然而现在没有一种方法能最小化反向链路上收发信号时的多径衰落和用户间干扰，而只是提出了在正向链路中扩展PN码的方法。

图1显示了在传统反向链路中的码扩展框图。

如图1所示，在传统反向链路中，每一个移动台的信号被长PN码1和短PN码2所扩展。这样，基于分配给相应的移动台的长PN码1和短PN码2在I和Q信道中的扩展，实现移动台之间的信号的互相区分。

在传统反向链路中，这种方式使得移动台间的干扰被均衡，并且使彼此间的性能差别最小化。

值得注意的是，干扰的程度正比于移动台的个数。因此，由于移动台的多径特点及其之间的干扰，一个基站所能服务的移动台数目受到一定限制。

以上提及的传统反向链路有以下缺点：

即在反向链路中，在不考虑任何同步系统的实际环境中，基站从多个移动台接收的信号彼此并不同步。这使得难以提高反向链路的信噪比。

发明内容

所以本发明着眼于以上问题，目的在于提供一种给反向链路分配最佳沃尔什码的方法。本方法为反向链路中的移动台信号提供了一个同步系统，并且获取最佳沃尔什码来最小化多个移动台之间的干扰，然后把该沃尔什码分别分配给各个移动台来扩展经过反向链路的移动台信号，这样就大大提高了反向链路的信噪比。

根据本发明的一个方案，提供了在具有一个基站和多个移动台的通信系统中为反向链路分配最佳正交函数码的方法，所述正交函数用于最小化反向链路中的移动台之间的干扰，该方法包含以下步骤：(a)同步经过反向链路的多径的移动台信号；(b)检测多个移动台的每个的反向信道的特性和扩展方法的类型，该多个移动台的扩展方法是从包括正交移相键控和二进制移相键控的组中所选择的一种类型；(c)基于检测到的所述反向信道的特性和检测的所述移动台的多个扩展方法中的每个的扩展方法的类型获得正交函数码；以及(d)将获得的正交函数码分配给既定的一个所述移动台。

本发明的一个特点是，除了使用传统的PN码外，还分配沃尔什码以区分各移动台信号，从而最小化反向链路中的移动台之间的干扰，由此能够大大提高反向链路的信噪比。最佳沃尔什码是基于互相关获得的。

根据本发明的另一个方案，一种在具有多个服务区的通信系统中为反向链路分配最佳沃尔什码的方法，其中每一个所述服务区包括一个基站和多个移动台，该方法包括下列步骤：按顺序给每个服务区中的各个移动台分配沃尔什码，从而将各移动台的信号相互区分开；以及将所述移动台的信号与伪噪声码码相乘来进行扩展，所述伪噪声码码的周期是沃尔什码周期/整数。

根据本发明的另一个方案，一种在具有一个基站和多个移动台的通信系统中为反向链路分配最佳正交函数码的方法，包含以下步骤：(a)同步经过反向链路的多径的移动台信号；(b)检测每个移动台的反向信道的特性和检测扩展方法的类型，该多个移动台的扩展方法是从包括正交移相键控和二进制移相键控的组中所选择的一种类型；(c)基于检测的特性和检测的扩展方法获得正交函数码，该检测的扩展方法确定一函数，通过该函数获得所述正交函数码，该正交函数码使得来自多个移动台中的既定移动台的信号的多径特性引起的路径间干扰最小化，以及(d)将获得的正交函数码分配给既定的移动台。

根据本发明的另一个方案，一种在具有一个基站和多个移动台的通信系统中为反向链路分配最佳正交函数码的方法，包含以下步骤：(a)同步经过反向链路的多径的移动台信号；(b)检测每个移动台的反向信道的特性和检测扩展方法，该多个移动台的扩展方法是从包括正交移相键控和二进制移相键控的组中所选择的一种类型；(c)基于检测的特性和检测的扩展方法获得正交函数码；该检测的扩展方法确定一函数，通过该函数获得该正交函数码，该正交函数码使得来自多个移动台的所述既定移动台和多个移动台的其它移动台间的干扰最小化，以及(d)将获得的正交函数码分配给既定的移动台。

附图说明

通过以下详细的叙述及附图可以更清楚地理解本发明的以上和其它的目的、特点和优势，详述如下：

图1是在传统反向链路中进行码扩展的框图；

图2是根据本发明的实施例为反向链路分配最佳沃尔什码方法的框图；

图3是根据本发明的可替代实施例为反向链路分配最佳沃尔什码方法的框图；

图4显示了实际的反向链路中多径分布的信号强度和延时特性；

图5是根据本发明为反向链路分配最佳沃尔什码方法的流程图；

具体实施方式

参考图2，显示了根据本发明的实施例为反向链路分配最佳沃尔什码方法的框图。在该实施例中，使用沃尔什码来区分各个移动台信号。

在正向链路中，因为移动台信号都基于基准时间同步，故多径分布是相同的。但是在反向链路中，如图4所示，移动台信号经过多条路径，然后被基站接收，它们之间是不同步的。即使接收到的移动台信号来自于同一移动台，它们的信号强度和延时特性在多径中的每条路径上也是不同的。

因此，为了根据本发明为反向链路分配最佳沃尔什码，经过反向链路的多径的移动台信号必须被同步。

然后，根据每个同步的移动台的所有正交函数码来估测信道，并基于估测的信道值来获取最佳正交函数码。

正交函数码可以用以下方式获得。例如，正交函数码可能是沃尔什码，gold码或者其它的正交码。

在本实施例中，正交函数码使用沃尔什码。该沃尔什码可从不同的代价函数获得，这些代价函数基于每个移动台信号使用二进制相移键控来扩展(以下称BPSK扩展)的情况，和使用正交相移键控来扩展(以下称QPSK扩展)的情况。

首先，在每个移动台信号使用BPSK扩展的情况中，最佳正交沃尔什码可用如下步骤获得。

使从每个移动台接收到的信号的代价函数最小，这样就可以得到分配给每个移动台的最佳正交沃尔什码。从每个移动台接收到的信号的代价函数可表达成以下形式：

[方程1]

$P\left(i\right)=\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{i,m}^2{\mathrm{\α}}_{j,n}^2{C}_{i,j}^2({\mathrm{\τ}}_{i,m}-{\mathrm{\τ}}_{i,n})\·[1-\mathrm{\δ}(i,j)\mathrm{\δ}(m,n)]$

在本方程中，附加的[1-δ(i，j)δ(m，n)]用于减去一个信号成份，τ_i，m用于指示第i个用户的第m条路径上的时延。

以上的方程1用于获得从每个移动台接收的信号的噪声功率，其中的α_i，m ²和α_j，n ²是估测的信道值，它指示了每个移动台的功率强度。这些估测的信道值是事先在估计每个移动台的信道的过程中获得的，因此它们在方程1中是常量。

因此，最佳正交沃尔什码是在代价函数取最小值时，从相关函数C_i，j获得的。

该相关函数C_i，j定义如下：

[方程2]

C_ij(τ)＝∫X_i(t)X_i(t-τ)dτ

在以上相关函数中，X_i(t)是沃尔什码和PN码的结合，它定义如下：

[方程3]

X_i(t)＝W_i(t)p(t)

其中，W_i(t)是沃尔什码，p(t)是PN码。

可以从方程3看出，当代价函数取最小值时可获得沃尔什码W_i(t)。该沃尔什码就是分配给第i个移动台的最佳正交沃尔什码。

在使用QPSK扩展的情况中，最佳正交沃尔什码可用如下步骤获得。

使从每个移动台接收到的信号的代价函数最小，这样就可以得到分配给每个移动台的最佳正交沃尔什码。从每个移动台接收到的信号的代价函数可表达成以下形式：

[方程4]

$\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{i,m}^2{\mathrm{\α}}_{j,n}^2{[C_{i,j}^{I,I}({\mathrm{\τ}}_{i,m}-{\mathrm{\τ}}_{j,n})+C_{i,j}^{Q,Q}({\mathrm{\τ}}_{i,m}-{\mathrm{\τ}}_{j,n})]}^2+{[C_{i,j}^{I,Q}({\mathrm{\τ}}_{i,m}-{\mathrm{\τ}}_{j,n})+C_{i,j}^{Q,I}({\mathrm{\τ}}_{i,m}-{\mathrm{\τ}}_{j,n})]}^2\·[1-\mathrm{\δ}(i,j)\mathrm{\δ}(m,n)]$

使用以上方程4获得从每个移动台接收的信号的噪声功率，其中的α_i，m ²和α_j，m ²是估测的信道值，它指示了每个移动台的功率强度。这些估测的信道值是事先在估计每个移动台的信道的过程中获得的，因此它们在方程4中是常量。

因此，最佳正交沃尔什码是在代价函数取最小值时，从相关函数C_i，j获得的。在第i个移动台第j个移动台之间的I信道和Q信道的相关函数可定义如下：

[方程5]

$C_{i,j}^{I,I}\left(\mathrm{\τ}\right)={\∫X}_i^I\left(t\right)X_j^I(t-\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}$

$C_{i,j}^{Q,Q}\left(\mathrm{\τ}\right)={\∫X}_i^Q\left(t\right)X_j^Q(t-\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}$

$C_{i,j}^{I,Q}\left(\mathrm{\τ}\right)={\∫X}_i^I\left(t\right)X_j^Q(t-\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}$

$C_{i,j}^{Q,I}\left(\mathrm{\τ}\right)={\∫X}_i^Q\left(t\right)X_j^I(t-\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}$

在以上的相关函数中，X_i(t)是沃尔什码和PN码的结合，关于I和Q信道定义如下：

$X_i^I\left(t\right)\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{W}_i\left(t\right)P_I\left(t\right)$

$X_i^Q\left(t\right)\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{W}_i\left(t\right)P_Q\left(t\right)$

其中W_i(t)是沃尔什码，P_I(t)是I信道的PN码，P_Q(t)是Q信道的PN码。尽管积分时间是由系统设计员选择的，但它优选必须是沃尔什码的一个周期或更多。在BPSK扩展中P_I(t)＝P_Q(t)。

当第i个移动台信号和第j个移动台信号在基站处同步时，以上的值很容易获得。但当第i个移动台信号和第j个移动台信号在基站处不同步时，以上的相关函数值可能会因为这种异步状态而不稳定。

这样，当代价函数取最小值时可获得沃尔什码W_i(t)。该沃尔什码就是分配给第i个移动台的最佳正交沃尔什码。

在以上为每个移动台获得最佳正交沃尔什码的过程中，使用的PN码可以是长PN码或是短PN码。如果使用的PN码是周期为沃尔什码周期/整数的短PN码20，则对于值W_i(t)来说值P(t)是固定的。例如在本实施例中，使用了短PN码，其周期与一个移动台码元间隙相等。

短PN码20用来扩展每个移动台信号，以便减小很大的沃尔什码10自相关。

值得一提的是，对应每个用户可能的沃尔什码组合计算以上代价函数需要大量的时间。

由于这个原因，并考虑当今的硬件水平，以上的代价函数适用于每个用户的路径特性是固定的或变化缓慢的情况，如无线本地环路(WLL)环境或者室内环境。同样地，以上的代价函数适用于由于路径特性变化缓慢而使计算时间不成为主要问题的情况。换言之，代价函数适用于已经计算出一个最佳沃尔什码的组合并固定地使用它的环境，或者是由于路径特性变化缓慢而有足够的计算时间的环境。

在路径特性变化相对较快的环境中，理想地使用一个次最佳化方法。该次最佳化方法只优化一个新进入的用户沃尔什码，而不改变先前已分配的用户沃尔什码。

这个次最佳化方法能够减少计算时间，因为它只使由新用户引起的干扰和最小化。

在次最佳化方法中，代价函数如下所示。

首先，在BPSK扩展中，代价函数可表达成如下方程式：

$\underset{j=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{o,m}^2{\mathrm{\α}}_{j,n}^2{C}_{o,j}^2({\mathrm{\τ}}_{o,m}-{\mathrm{\τ}}_{j,n})\·[1-\mathrm{\δ}(m,n)]$

在QPSK扩展中，代价函数可表达成如下方程式：

$\underset{j=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{o,m}^2{\mathrm{\α}}_{j,n}^2{C}_{o,j}^2({\mathrm{\τ}}_{o,m}-{\mathrm{\τ}}_{j,n})\·[1-\mathrm{\δ}(m,n)]$

其中，下标“O”表示一个新的用户。

使代价函数最小化的沃尔什码是分配给新用户的次最佳沃尔什码。当把用以上方法得到的次最佳正交沃尔什码分配给第i个移动台后，以预定的时间间隔对新进入的不同移动台重复以上的操作，来获得次最佳正交沃尔什码并把它们分配给相应的移动台。

根据系统操作员的选择，以上提及的次最佳沃尔什码分配方法既可以应用于分配给每个移动台的初始沃尔什码，也可以应用于新用户。

图3是根据本发明的可替代实施例为反向链路分配最佳沃尔什码方法的框图；该实施例中使用了与第一实施例不同的方式，如图3所示，它不使用PN码扩展，而只分配正交沃尔什码30来区分不同的移动台。在第二实施例中，代价函数中的X_i(t)定义如下：

$X_i\left(t\right)\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{W}_i\left(t\right)$

其中，W_i(t)是沃尔什码，故X_i(t)就是沃尔什码本身。

第二实施例提供了在单蜂窝环境中的最佳性能。

图5是根据本发明为反向链路分配最佳沃尔什码方法的流程图。

在反向链路中，每一个基站必须检测移动台如图4所示的多径特性，从而同步从移动台接收到的信号。

这样，经过多条路径的移动台信号在步骤S1处被同步。

然后，在步骤S2中估测对应于每个移动台的信道情况。如果在步骤S3完成了对所有移动台信道的估计，在步骤S4中就可以获得使一个既定的移动台的代价函数最小化的最佳正交沃尔什码。

在步骤S5中将该获得的最佳正交沃尔什码分配给相应的移动台。然后，经过预定的时间后，可以获得对应一个不同的移动台的最佳或次最佳正交沃尔什码。然后，把获得的最佳或次最佳正交沃尔什码分配给相应的移动台。

以上步骤S1到S5按顺序不断重复，直到给所有的移动台都分配了正交沃尔什码。优选地以上运算每隔4秒重复一次，这样可以把反向链路的信噪比提高3dB。

在最佳正交沃尔什码进行选择性地分配时，它们可以从方程1或方程4的总计(lump)中获得。

从以上描述中可明显看出，本发明的反向链路最佳沃尔什码分配方法具有以下好处。

即通过反向链路将最佳沃尔什码分别分配给多个移动台以最小化多径造成的移动台间干扰。这样可使得反向链路的信噪比提高3到5dB。更进一步地讲，本发明对于信道变化缓慢的通信系统犹为有用，例如无线本地环路，或是CDMA通信系统中的室内应用。

尽管以上描述的本发明优选实施例只是为了阐明原理，在不偏离所附权利要求的范围或精神的前提下，本领域技术熟练者应理解可以对它进行修正、添加或者替代。

Claims (15)

1.在具有一个基站和多个移动台的通信系统中为反向链路分配最佳正交函数码的方法，所述正交函数码用于最小化反向链路中的移动台之间的干扰，该方法包含以下步骤：

(a)同步经过反向链路的多径的移动台信号；

(b)检测多个移动台的每个的反向信道的特性和扩展方法的类型，该多个移动台的扩展方法是从包括正交移相键控和二进制移相键控的组中所选择的一种类型；

(c)基于检测到的所述反向信道的特性和检测的所述移动台的多个扩展方法中的每个的扩展方法的类型获得正交函数码；以及

(d)将获得的正交函数码分配给相应的一个所述移动台。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(c)包括步骤：如果检测的特性具有相对较快的变化，则应用一个次最佳化的方法的步骤，该次最佳化方法只优化一个新进入的移动台的正交函数码，而不改变先前已分配的移动台的正交函数码。

3.根据权利要求1的方法，所述步骤(d)包括步骤：如果将一个独立的移动台加入所述基站所属的服务区，则分配任何一个与以前已经分配的正交函数码不同的正交函数码给所述加入的移动台，其中所述服务区是由一个基站和其所属的多个移动台定义的。

4.根据权利要求1的方法，所述步骤(d)包括步骤：如果任何一个移动台离开所述基站所属的服务区，则维持已经分配给所述离开的移动台的正交函数码为空闲正交函数码，其中所述服务区是由一个基站和其所属的多个移动台定义的。

5.根据权利要求4的方法，进一步包括在检测所述既定移动台和其它移动台的反向信道的特性之前，同步被基站接收的来自所述移动台的信号的步骤。

6.根据权利要求5的方法，所述既定移动台和所述其它移动台的所述反向信道特性包括所述移动台的多径特性。

7.根据权利要求4的方法，所述步骤(d)包括分配使代价函数最小化的正交函数码给所述既定的移动台的步骤，所述代价函数由所述既定移动台和其它移动台之间的干扰和表示。

8.根据权利要求6的方法，进一步包括对所述其它移动台按顺序重复执行从步骤(b)到步骤(d)的步骤。

9.根据权利要求4的方法，所述步骤(c)包括获得使代价函数最小化的正交函数码组的步骤，代价函数是这样表示的，先获得所述移动台和所述其它移动台之间的干扰和，并关于所有所述移动台将获得的和相加，并且所述步骤(d)包括分别分配获得的正交函数码组给所述各个移动台的步骤。

10.根据权利要求4的方法，其中所述正交函数码是沃尔什码。

11.根据权利要求4的方法，进一步包括为服务于服务区内的所述反向链路分配不同的伪噪声码的步骤，所述服务区由一个基站和属于该基站的多个移动台限定。

12.根据权利要求11的方法，其中所述伪噪声码的周期是正交函数码周期/整数。

13.一种在具有一个基站和多个移动台的通信系统中为反向链路分配最佳正交函数码的方法，包含以下步骤：

(a)同步经过反向链路的多径的移动台信号；

(b)检测每个移动台的反向信道的特性和检测扩展方法的类型，该多个移动台的扩展方法是从包括正交移相键控和二进制移相键控的组中所选择的一种类型；

(c)基于检测的特性和检测的扩展方法获得正交函数码，该检测的扩展方法确定一函数，通过该函数获得所述正交函数码，该正交函数码使得来自多个移动台中的相应移动台的信号的多径特性引起的路径间干扰最小化，以及

(d)将获得的正交函数码分配给相应的移动台。

14.一种在具有一个基站和多个移动台的通信系统中为反向链路分配最佳正交函数码的方法，包含以下步骤：

(a)同步经过反向链路的多径的移动台信号；

(b)检测每个移动台的反向信道的特性和检测扩展方法，该多个移动台的扩展方法是从包括正交移相键控和二进制移相键控的组中所选择的一种类型；

(c)基于检测的特性和检测的扩展方法获得正交函数码；该检测的扩展方法确定一函数，通过该函数获得该正交函数码，该正交函数码使得来自多个移动台的所述相应移动台和多个移动台的其它移动台间的干扰最小化，以及

(d)将获得的正交函数码分配给相应的移动台。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述步骤(c)包括：如果检测的特性具有相对较快的变化，则应用一个次最佳化的方法的步骤，该次最佳化方法只优化一个新进入的移动台的正交函数码，而不改变先前已分配的移动台的正交函数码。

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