CN1241848A

CN1241848A - 导频符号

Info

Publication number: CN1241848A
Application number: CN99110014A
Authority: CN
Inventors: 斯蒂芬·坦恩·布林克
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2000-01-19

Abstract

一种将导频符号插入通信信号中的方法,该通信信号中产生有要传输的多个信号;每个信号划分成帧,第一帧由多个块组成。每个信号在传输之前,其每帧内插入一个导频信号块。诸导频信号块以时间参差的方式插入,散布于全帧内。对于导频符号的插入,应用一种任意的算法使导频符号时间上参差。这使得每个接收机能更精确地实现连续的信道估值,得到降低的BER和改善的Q_OS。

Description

导频符号

本发明涉及将导频符号插入通信信号中的一种方法和装置，具体涉及将参差的导频符号插入同步的多用户CDMA(码分多址)信号中的一种协议。

无线电通信系统中，使用了复用方案在多用户之间共享公共的频带。这使得一个终端可应用编码的扩频信号在一条无线电信道上与另一个终端进行通信，而该扩频信号诸代码间几乎无相关性；这样，提供了一种多址系统，其中，同时存在的信号广播之间的碰撞不是破坏性的。CDMA系统中，从N个不同用户中每一个用户来的信号通过由许多称为“小片(chip)”的、较短的比特替代该信号内的每个比特而实现复用，诸较短比特的选取按照了一种具体的“信道化代码”。由于在替代之后占用的带宽将扩展，所以这种处理往往称为“扩频”，而CDMA系统往往称为扩频系统。在扩频后，自每个用户来的信号将占据整个可用的带宽。接收机中，借助于与合适的信道化代码间的相关性，可检测和解码出该信号。

多用户的CDMA系统中，从同一发射机中发送出的所有信号可做成互相同步；也就是，所有比特，因而所有的小片，都在时间上校准一致，就象例如是基站发射机中的下行通信，亦即基站对移动站的通信。这样，容许使用正交的信道化代码，尽管由于多径传输而仍会发生某种串信，诸代码依然可防止多用户间的干扰。在接收机上通过“瑞克(rake)”检测能估计出多径传输。这意味着，接收机上应用若干个检测“指(finger)”，每个检测指检测一个特定的多径分量。然后，将各个检测指输出组合起来，最后形成改善的接收信号。为说明简单起见，假设是单条通路的信道，因此采用一个“单指”接收机而不是一个全瑞克接收机。故而，本发明致力于一种瑞克接收机(rakereceiver)。

在接收机中，应用了相干检测来改善检测和解码过程。为使相干检测过程方便，接收机需对现行的信道情况进行估值，它可能是时变的，也可能依赖于传输环境。通常，将应该让接收机知道的导频符号的数据信息在发射机上插入至信号中。例如，应用一种专有的“导频信道化代码”插入一个连续的导频信号中。另外的方法，可以应用每个复用信号的各别信道化代码，由发射机周期性地将导频符号插入；这样，每个信号有它自己的时间复用导频符号，插入在数据符号之间。在接收机上，应用合适的算法可内插出信道情况的各种变化。然而，这类内插算法会在信道估值过程中引入不精确性，它将影响数据检测和解码过程。

所以，需要有一种灵活和改善的检测过程，它能避免引入不精确性，尤其是通过改善的信道估值时。

按照本发明的第一方面，提供出将导频符号插入通信信号中的一种方法，它包含：

产生出要发送的多个信号，每个信号划分成帧，每一帧由多个块组成；

产生出多个导频信号块，在传输之前插入信号中；

将一个导频信号块插入每个信号的每一帧中；和

其特征在于，

诸导频信号块以时间上参差的方式插入，扩展于整个帧内。

接收所发送信号的接收机可以利用在其它发送信号中的导频信号块。

按照本发明的第二方面，提供出将导频符号插入通信信号中的一种方法，它包含：

产生出多个要发送的信号作为一个复合信号，每个信号划分成帧，每一帧由多个块组成；

每个信号在传输之前，将一个导频信号块插入每帧中；

其特征在于，每个信号插入导频信号块时，使复合信号内的各个导频信号块在一帧内时间上是参差的。

接收所发送信号的接收机可以利用存在于复合信号中的各个导频信号块。

对于导频符号插入，应用一种任意算法使诸导频符号在时间上是参差的。这能使每个接收机实现更为精确的连续信道估值，得到降低的误比特率(BER)和改善的服务质量(Q₀S)。

通常的系统中，任一个用户k(例如一个移动用户，在诸用户间互相同步下接收一个复合的多用户CDMA信号)有其本身的时间复用的导频符号(也就是一个导频符号块)。用户k的接收机应用其专有的导频符号对信道作出估值，通常，这些导频符号在时间上是对准的。当所有用户间的导频符号保持时间上对准时，该接收机对每帧将只获得仅仅一次信道估值。

按照本发明，接收机将利用系统中所有其它用户的导频符号，借以对用户k改善其信道估值。它给出了更为可靠的数据检测，接收机为此需要知道所有其它用户的信道化代码，以及相对于帧定时的有关导频符号块的位置。这里假定，接收机能从各个控制信道中获得此种信息，并知道导频符号插入算法(也就是，诸导频符号块是怎样安排的)。使用户之间的导频符号在时间上参差的优点在于，接收机能随之更为经常地估值时变的移动通信信道，从而借助于内插或任何其它信道的估值算法，可较为容易地跟踪信道。然而，由于移动无线电信道的时变性质，为得到良好的信道估值跟踪性能，较好的做法是在一帧期间作出几次信道估值(在不同的时间场合)，而不是只在每帧的开始作一次估值；下面给出的两种算法可对一帧内的所有用户在他们之间提供出此种优选的导频符号块安排。

下面，通过实例和参照如下的附图，将较详细地说明一种实际移动蜂窝通信系统的运行：

图1示出一个移动蜂窝通信系统的方框图；

图2示出一个通常的CDMA信道发生器；

图3示出一个多用户CDMA信道发生器；

图4示出移动终端中应用的一个通常的单用户CDMA接收机；

图5示出按照本发明的一个同步的CDMA多用户信号；

图6示出按照本发明的另一个同步的CDMA多用户信号；

图7示出按照本发明的第三个同步的CDMA多用户信号。

图8示出一个单用户CDMA接收机的概略图，它经改型来利用图5、6和7的帧结构。

图1示例出一个CDMA移动无线电通信系统的概略图，其中，终端用户装置(移动站1、2、3、4、5、6等)应用CDMA复用技术与其最近的基站13通过天线10和11、经由空气界面12进行通信。在移动站与其基站之间建立通信之后，移动切换中心(MSC)14a可以通过中心控制器(C)16与另一个MSC(例如14b)或其它网络(N)17建立再一条连接。基站在广播控制信道(BCCH)上广播控制信息，并在业务信道(TCH)上接通移动站与基站之间的双向通信。将业务信道上传输的数据划分成帧，一些帧分配予自基站至移动站(下行链路)，另一些帧分配予自移动站至基站(上行链路)。

图2示出一个具体用户k的CDMA信道发生器(30)。需要通过一条无线电信道传输给移动站的数字二进制数据信号馈送至信道编码器20上。经过交织器21后，数据信号由串/并变换器22映射至I和Q两正交信道也即复信道上；将每两个实比特的符号映射，形成一个复I/Q符号。然后，复I/Q符号与复数的信道化代码在乘法器23中相乘，由此从比特符号率扩展至小片率(chip-rate)。一个简单的开关24周期性地控制导频符号发生器25的插入，使数据符号之间实现导频符号的时分复用。

图3中，由CDMA发生器30a、30b、…、30k(以省略方式示出)产生的N个用户的CDMA信道在用户扩频之后于加法器31内加在一起，形成一个复合CDMA多用户信号。此信号进一步在乘法器32内与加扰序列相乘，使信号更为随机地呈现。在小片脉冲成形(33)和D/A(数/模)变换(34)之后，由调制器35使基带信号上变频，这是通过压控振荡器(VCO 36)实现的，与所需的载频信号相乘而形成一个带通信号。经射频功率放大器(37)放大后，射频信号馈送至天线38上，传送给有关的网孔区域内的移动终端。对于所有用户的导频符号插入，由切换控制算法部分39进行控制。

图4中示明的接收机用于对应用时分复用导频符号的信号进行相关检测。信号由天线40接收，经低噪声放大器(LNA)41放大以及乘法器42和压控振荡器(VCO)43的下变频，成为基带频率的信号。然后，应用A/D(模/数)变换器44使信号数字化，并经去加扰(45)。接着，以对于用户k为合适的信道化代码进行相乘(46)。信号由NC个小片累加(47)，使信号去扩频，然后由取样器48以符号率取样，获得复符号。它受到相应的导频符号控制切换器49的控制，使导频符号馈送至信道估值算法部分50，同时数据符号被信道估值算法部分的当前输出加权(51)，以补偿在移动无线电信道中引入的失真。经过并/串变换(52)、去交织(53)和解码(54)之后，信号可去往有关的例如是语音译码器等的数据终端上。每个用户的N_P和N_S可以各不相同。

对于宽带CDMA(W-CDMA)系统中的每个用户，一个帧由N_P个导频符号和N_S个数据符号组成。下行链路内，每帧中符号的总数为N_total＝N_P+N_S，所有用户的N_total是相同的。

对于各别的用户k，可应用下面的算法计算导频符号块的位置。

算法1

对于任何用户k，k＝0，…，K-1，有

N_{start, k} = \frac{N_{total}}{K} \cdot k - - - - (1)

式中，N_start，k是相对于帧定时的偏置符号数，它指明用户k的导频符号块的开始，

N_total是每帧内符号的总数，

K是系统内的当前的用户数。

如果N_start，k+N_p，k≥N_total，则式(1)的结果不予考虑，通过设定N_start，k＝N_total-N_p，k计算新的N_start，k。

算法2

每当新的用户进入系统时，或是有效的用户脱离系统时，如下地重新安排导频符号：

如果N_p，1+N_p，2+…+N_p，k＜N_total(也就是，所有用户的导频符号数目之和小于每帧内符号的总数)，则对于不同的用户使导频符号块之间的距离最大化；

如果N_p，1+N_p，2+…+N_p，k≥N_total(也就是，所有用户的导频信号数目之和大于或等于每帧内符号的总数)，则使不同用户导频符号块之间的重叠最小化；

所以，必须满足N_start，k+N_p，k≤N_total的约束。

设定N_start，0＝0，并选择变量N_start，k，k＝1，…，K-1，使得下式最小化：

Σ_{k = 0}^{K - 2} Σ_{i = k + 1}^{K - 1} {(N_{start, k} + \frac{N_{P, k}}{2} - N_{start, i} - \frac{N_{P, i}}{2})}^{2} + Σ_{i = 1}^{K - 1} {(N_{total} + \frac{N_{P, o}}{2} - N_{start, i} - \frac{N_{P, i}}{2})}^{2}

式中，N_start，k的值受约束于0≤N_start，k≤N_total-N_p，k。这些变量必须借助于数值近似法进行计算。

图5示出具有许多用户的一个CDMA信道，其每一帧有一个时间上参差、不重叠但又连续的导频符号块。图6示出一个类似的多用户CDMA信道，具有时间上参差、重叠的连续导频符号块。图7示出另一个多用户CDMA信道，具有时间上参差、不重叠也不连续的导频符号块。

图8示出一个单用户CDMA接收机的概略图，它经改型来利用图5、6和7的帧结构。这里假定，接收机已经知道系统中所有用户的全部信道化代码，也知道应用于使导频符号时间上参差的算法；这种知道例如可从各个控制信道中得到。从A/D变换器(图中未示出)来的信号被去加扰(45)，然后在混频器46a、46b、……、46k中对于用户k以合适的信道化代码x_a、x_b、…、x_k作出相关处理。得到的信号在N_C小片(47a、47b、……、47k)中累加，使信号去扩频，然后由取样器48a、48b、……、48k以符号率取样，得到复符号。信道估值算法部分80又利用来自诸用户有关的各个CDMA信道的所有其他用户的导频符号，对选定的每一用户以合适的信道化代码x_a、x_b、……、x_k计算接收到的去加扰信号的相关性。切换控制算法部分(39)控制切换开关49a、49b、……、49k，以便选择出插入于其他用户的CDMA信号中的时分复用导频符号。依据系统内用户的数目，接收机现在可以在一帧期间作出更多的信道估值(80)，如果有足够多的用户存在，甚至可得到连续的导频信号。这样，将显著地改善移动站的性能检测，而不发生先有技术中连续导频音调的缺点。

Claims

1.一种将导频符号插入通信信号中的方法，包括：

产生出要传输的多个信号，将每个信号划分成帧，每一帧由多个块组成；

在传输之前产生出要插入信号中的多个导频信号块；

将一个导频信号块插入每个信号的每一帧内；和

其特征在于，

诸导频信号块以时间上参差的方式插入，散布于全帧内。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，接收所传输信号的接收机使用其它传输信号中的导频信号块。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于，接收机使用实施信道估值中的诸导频信号块。

4.一种将导频符号插入通信信号中的方法，包括：

产生出作为一个复合信号的要传输的多个信号，每个信号被划分成帧，每一帧由多个块组成；

对于每个信号，在传输之前将一个导频信号块插入每一帧中；

其特征在于，

每个信号的导频信号块的插入，使复合信号里的诸导频信号块在时间上参差地遍及全帧。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于，接收所传输信号的接收机使用在复合信号中存在的诸导频信号块。