CN1266596A - 移动无线电网络内传输数据的装置 - Google Patents

Abstract

本数据传输装置用于移动无线电网络内在TDMA和/或TD/CDMA传输方法范围内的无线电传输。本装置包含控制装置,一个高频部件,信号滤波器,信道估算器,调制器,至少一个由控制装置控制的、用于在传输方法之间进行转换的转接装置、数据估值器和信道编码/解码器。根据本发明至少一个信号滤波器和/或一个高频部件共同地用于两种传输方法中。

Description

移动无线电网络内传输数据的装置

本发明涉及在移动无线电网络内尤其是在具有TDMA(时分多址)和/或TD/CDMA(时分/码分多址)无线电接口的移动无线电网络内的基站和移动站的一种数据传输装置。

在移动无线电网络内消息(例如语音、图像信息或其它数据)借助电磁波经发送的和接收的无线电站(基站或移动站)之间的无线电接口进行传输。这时电磁波的的发射用载频实现，该载频处于预定为各自的系统用的频段内。在GSM(全球移动通信系统)载频处于900，1800或1900MHz的频段内。对于应用TDMA或TD/CDMA传输方法经无线电接口的未来的移动无线电网络，例如UMTS(通用移动通信系统)或其它第3代系统提供约2000MHz频段内的频率。

发射的电磁波由于因地球曲面的反射、绕射和辐射这一类产生的损耗而衰减。因此，在接收的无线电站可供支配的接收功率下降。这种衰减是与地点有关的，在移动的无线电站的情况下也是与时间有关的。

从DE 195 49 158获悉利用CDMA-用户分离(CDMA码分多址)的一种无线电通信系统，其中无线电接口额外具有一个时分多路—用户分离(TDMA时分多址)。因此，一种TD/CDMA传输方法用于无线电接口。在接收侧应用了JD法(JD联合检测)，以便在了解多个用户扩展码的情况下多个用户对传输的数据作改进的检测。在这种情况下大家知道，对于经无线电接口的一种连接至少能够分配两个数据信道，其中每一数据信道通过单独的扩展码是可以区分的。在这里展示的无线电通信系统是用于第3代移动无线电系统的一种候选者。

从P.Vary，“Implementation Aspects of the pan-Europeandigtal mobile radio system(泛欧数字移动无线电系统的实施状况)”，IEEE，1989，第4-17至4-22页获悉一种具有高频部分、滤波器、信道估算器、调制/解调器、信道编码器/解码器的GSM无线电站的结构。GSM标准把FDMA(频分多址)和TDMA(时分多址)的一种组合用于无线电接口并且得到世界范围的认可。仅仅在欧洲有超过2千万用户经过该标准得到服务。迄今为止在基本设施和移动站方面已实现了大规模的投资。

当网络元件如移动交换站，基站控制器或基站必须更换或额外安装时，从第2代移动无线电(GSM)到第3代移动无线电的过渡对网络经营者而言必须再次进行巨大投资。即使通过基础设施和移动站的制造厂商，可观的发展开销也是必须的。

本发明的任务是提供用于移动无线电网络内数据传输的一种装置，该装置支持TD/CDMA传输并且可经济地制造。本任务通过具有权利要求1特征的装置解决。有益的发展应引用从属权利要求。

根据本发明，在移动无线电网络内传输数据的装置用于在TDMA和/或TD/CDMA传输法的范围内的无线电传输。本装置包含：

—用于控制本装置的控制装置，

—用于处理高频发送信号和接收信号的至少一个高频部件，

—用于发送信号和接收信号滤波的信号滤波器，

—用于接收信号与其传输信道有关的估算的至少一个信道估算器，

—用于发送信号调制的至少一台调制器，

—用于各自的信号滤波器与信道估算器或与调制器连接、受控制装置控制的至少一台转接装置，

—用于传输数据检测的至少一个估算接收信号的数据估算器，以及

—用于发送信号或接收信号编码或解码的信道编码器/解码器。

根据本发明至少一台信号滤波器和/或一个高频部件共同地用于两种传输方法。

这样一种数据传输装置为两种方法(TDMA和TD/CDMA)准备调制器，信道估算器和数据估算器，却共同利用共同的元件—信号滤波器和/或高频部件—增加对新移动无线电网络的认可和降低发展开销，因为可以接纳迄今为止已利用的元件。

使实现CDMA-算法变得容易，并且用于该数据传输装置的发展开销大大下降，该装置也支持根据CDMA传输法传输的信号的估算和产生。因此这些装置是可以更经济地制造的。

根据本发明的有益的扩展，数据传输装置包含功率调整装置，通过它实现适合两种传输方法用的发送信号的发送功率的调整。此外，该装置配备用于信令信息额外编码的至少一个信息组编码器/解码器是有益的。此外控制装置是这样设计的，以致于为了适合两种传输方法对接收的信令信息进行估算和对发送的信令信息进行准备。

信令算法、信令机构、同步和用于功率调整的算法可以由GSM-移动无线电网络承担。只对经无线电接口的数据传输法，对于TD/CDMA传输的匹配才是必须的。

根据本发明另一有益的扩展，装置的高频部件由接收部分和发送部分组成。因此不必有高频部件新的设计而只需一种修改，该修改考虑发送信号和接收信号更宽的带宽。

应当考虑较宽的带宽在接收部分是为了信号放大、滤波以及转移到基频带，在发送部分是为了信号放大、滤波以及转移到高频发送频带。同样的情况也适合于由数字发送滤波器和数字接收滤波器组成的信号滤波器。

因为通过程序成分可以有益方式实现信号滤波器、信道估算器、调制器、控制装置、数据估算器、信道编码器/解码器以及信息组编码器/解码器的至少部分功能，所以与能简单修改这些成分的数字信号处理装置合作来实现这些成分是可能的。

程序成分是以有益的方式这样构成的，以致于它们至少能够部分地通过由无线电网络传输的新程序成分所替换或者通过新参量能够转换到各自另外的传输方法。因此，通过程序成分的更换或补充，软件—更新是可能的，因此，移动站例如能够与当前的网络环境匹配。这时对于GSM移动站而言，只围绕对传输层的共同检测(联合检测)的算法进行数字信号处理的扩展。更高的层(层2……)有利地保持未被触及。

本发明的实施例依靠附图详细说明。即：

图1示出移动无线电网络的方框图，

图2至图5示出移动站和基站的各种组合及其有能力支持TDMA和TD/CDMA传输法，

图6示出用于程序成分交换的信令示意图，

图7示出数据传输装置的方框图，

图8示出本装置发送机的高频部件的方框图，

图9示出本装置的接收机的高频部件的方框图，

图10示出本装置的发送机的详细的方柜图，

图11示出本装置的接收机的详细的方框图，

图12示出使用程序成分的信号处理装置的方框图。

图1示出的无线电通信系统，按照其结构相当于一种众知的GSM无线电网络，该GSM移动无线电网络由彼此联网或对固定网PSTN访问的许多移动交换台MSC组成。此外，这种移动交换台MSC与各自的至少一台基站控制器BSC连接。每一台基地控制器BSC又使与至少一台基站BTS连接成为可能。这样一种基站BTS是一台无线电站，它可以经无线电接口与移动站MS建立无线电连接。按照智能网(IN)，业务控制单元SCP对移动无线电网络或者其部件实现软件更新功能。

在移动无线电网络划分时，在装置BTS、BSC上可以区分，这些装置支持根据GSM-标准的业务，根据具有TD/CDMA无线电接口的第3代(UMTS)标准的业务或者两种标准。这时相应的基站BTS(GSM/UMTS)、BTS(GSM)、BTS(UMTS)无线电小区也可以重叠。

根据本发明移动站MS的移动性应不受不同的可采用的标准阻碍。此外，只支持GSM标准的移动站MS可以对GSM标准的基站BTS建立连接(图2)。然而移动站MS同样由成双地(dual)支持两种标准(UMTS，GSM)的基站BTS提供服务(图5)。

支持两标准(图3和图4)的移动站MS可以或与GSM基站BTS(GSM)或与只允许TD/CDMA传输或只允许两种传输法的基站BTS通信。这样一种移动站MS是按照本发明的一种数据传输装置。一种支持TD/CDMA传输法或两种传输法的一台基站BTS同样是按照本发明的一种装置。

支持TD/CDMA或GSM传输的移动站MS或基站BTS并非必须永久地储存所有为此必要的程序模块P1到P9。在图6示出程序模块P1′到P9′的加载如何按照软件—更新或参量调整来更换或补充已存在的程序模块。

在移动站MS和也可以作为运行和维护中心运转的业务控制单元SCP之间的消息交换，以经过组织信道的网络侧信息开始。这些信息把在相应的无线电小区内支持哪些标准传信令给移动站MS。

如果移动站MS的用户给出通话愿望(MOC)或者希望对移动站MS(MTC)建立连接，而移动站尚未具有必要的程序模块P1′至P9′用来按照可采用的标准处理信号，则它就通知业务控制单元SCP，业务控制单元随即转录移动站MS的程序模块P1′至P9′或者通过参量更新转接到相应的模块上。这时可以选择广播业务或单独的传输。同样情况也适用于不具备支配必要的程序模块或参量P1′至P9′的基站BTS。基站BTS也可以由业务控制单元SCP加载必要的程序模块P1′至P9′。

如果无论基站BTS或移动站BS支配必要的软件，则可建立连接。软件下载的另一可能途径在于：在基站BTS内储存程序模块P1′到P9′并从那里可供使用所要求的移动站MS。

此外，借助业务控制单元SCP和移动站MS之间的对话选择一种标准是可能的，该标准尽可能好地(根据功能或价格)与用户所希望的业务项目相称。在对话期间为了选择一种标准，由业务控制单元SCP以菜单或表格的形式把它提供给用户，必要时通过对价格和必要的存储器容量的数据进行补充。接着用户经过移动站MS的输入装置作出对标准的选择。于是属于选择的标准的程序模块P1′至P9′(程序、数据和/或参量)从业务控制中心SCP传输到移动站MS。

图7示出数据传输装置的结构，其中分成由数字信号处理装置DSP实现的数字部件和由发送部件HF-S和接收部件HF-E组成的高频部件。发送部件HF-S和接收部件HF-E与公共的天线装置A连接。

数字信号处理的发送路径由用于有效数据的信道编码的卷积编码器FC和事先在信息组编码器BC内进行信息组编码的信令数据组成。随后数据在交织器I内进行频带置乱，并且各根据传输标准输入到调制器GSM-MOD进行GSM调制或者输入调制器JD-MOD进行TD/CDMA调制。正如稍后展示的由控制装置SE控制的第2转接装置UM2一样，第1转换装置UM1把选择的调制器GSM-MOD或JD-MOD与数字发送滤波器SF连接并进一步与发送部件HF-S连接。用于发送功率调整的装置LR根据控制装置SE的给定信号控制发射信号tx的发射功率。

在接收路径中通过天线装置A接收的接收信号rx在接收部件HF-E内处理并输入给数字信号处理。数字接收滤波器EF对宽带接收信号rx滤波并经第2转接装置UM₂把信号输入到信道估算器，该信道估算器不是按照GSM-标准的信道估算器GSM-KS，就是按照TD/CDMA标准的信道估算器JD-KS。在信道估算之后信号输入到进行数据探测的有关的数据估算器GSM-D或JD-D。在去交织器DI内，两路径的数据重新共同去频带置乱并随即输入用于信道解码的卷积解码器FD。信令信息输入信息组解码器BD，该信息组解码器BD对这些数据解码并输入到控制装置SE。

控制装置SE把应发送或接收的信令数据转送到发送或接收路径并在移动站MS对人机接口MMI(键盘、屏幕)建立连接或在基站BTS对网络侧的信令信道建立连接。

图8的发送部件HF-S包含一个对实数部分和虚数部分的数字/模拟变换器D/A，用于基频带信号低通滤波的一个第1模拟发送滤波器FS1，把发生信号tx转换到发送频带的一个第1变频级MS1和放大发送信号的一功率放大器PA。

图9的接收部件HF-E包含一第1模拟接收滤波器EF1，一测量和放大接收信号rx的接收放大器RPA，一个把接收信号rx转换到基频带的第2变频级MS2(它也可以应用多个变频级)，第2模拟接收滤波器EF2以及最后一用于实数部分和虚数部分的模拟/数字变换器A/D，该变换器产生在数字信号处理装置DSP内可处理的数字接收信号rx。

接收部件HF-E和发送部件HF-S是宽带的，例如设计为B＝1.6MHz的频带。

以下只对TD/CDMA模式详细说明。

图10详细描绘了本装置的发送路径。该发送路径以对于通信技术系统的模型化和模拟的一般说明形式进行描绘，其中描绘了各种功能和系统结构之间的关系。

在子模块S2内输入数据d_S1 ^(k)，k＝1…K，连同随后的交织进行信道编码，该输入数据有选择地源自未编码的数据d_S1 ^(k)，k＝1…K，或源自在子模块S1内源编码的数据d_Q2 ^(k)，k＝1…K。第1数据源Q1的数据经有效数据信道TCH传输，而第2数据源Q2的数据经信令信道SACCH或FACCH传输。

在子模块S3内进行4-PSK调制以及用已调制的用户专用CDMA-代码C^(K)，k＝1…K进行扩展。之后在子模块S4内对所有扩展的数据序列相加，而在子模块S5内紧接着把字符组间序列(Mittambel)集成到字符组结构中。在子模块S6内进行发送信号s的频谱成形；在模块S7到S9内把在基频带Ss6内时间不连续的4倍反复扫描(ueberabtasten)的发送信号转换成发送频带的时间和数值连续的带通区。

在图11内详细描述了装置的接收路径。在图11的子模块E1内接收信号rx由发送频带转换成低通区并且分成实数和虚数成分。在子模块E2内进行模拟低通滤波而在子模块E3内最后用13/3MHz和字宽12位对接收信号进行2倍的反复扫描。

在子模块E4内用具有尽可能高的边沿陡度的带宽13/6MHz滤波器进行数字低通滤波用于信道分离。接着在子模块E4内对2倍反复扫描的信号实现2∶1的减少(Dezimierung)。

如此获得的接收信号e主要由两部分组成，即：由用于信道估算的部分em和由用于数据估算的部分e1和e2组成。在子模块E5内借助所有在各时隙内传输的数据信道的公知的字符组间序列基础码m进行所有的信道脉冲应答h^(k)的估算。

在子模块E6内应用CDMA代码c^(k)的情况下对每个数据信道决定匹配滤波器的参数b^(k)在子模块E7内清除由字符组间序列m^(K)在数据估算用的接收信息组e1/2内引起的干扰。通过对h^(k)和m^(k)的了解这是可能的。

在子模块E8内进行相关矩阵A*^TA的计算。因为A*^TA具有托普李兹结构(Toeplitzstruktur)，在这里只需计算随后能够用于扩展到完整量的一小部分矩阵。在子模块E9内实现A*^TA的雀莱斯基(Cholesky)分解成H*^TH，其中H是上三角矩阵。根据A*^TA的托普李兹结构，H也近似地具有托普李兹结构并且不必完全计算。矢量s表示可以在方程组求解器中有利地利用的H对角线元的倒数。

在子模块E10内用b^(K)进行接收符号序列e1/2的匹配滤波。子模块E11实现对H*^T*z1/2＝e1/2的方程组求解器1，而子模块E12实现对H*d1/2＝z1/2的方程组求解器2。在子模块13内对被估算的数据d1/2解调，去频带置乱并最终借助维特比解码器进行卷积解码。已解码的数据块d_E13 ^(K)有选择地输入到第1数据接收点D1或者经源解码器E14输入到第2数据接收点D2。源解码在经信令信道SACCH或FACCH传输的数据块情况下是必须的。

图12示出数据传输装置，其中突出了图7的高频部件HF-S和HF-E，并且除了一个或多个数字信号处理器—未图示—之外数字信号处理装置DSP包含多个储存在存储器内的程序模块P1到P9。这些程序模块P1到P9代表数字信号滤波器的成分P8，P9，信道估算器P6，调制器P4，控制装置P1，数据估算器P6，信道编码器/解码器P2，P3和信息组编码器/解码器P2，P3。根据软件-更新至少程序模块P1至P9的某些部分，尤其是用于调制、信道估算和数据估算的程序模块P4和P6，通过程序模块P4′和P6′补充，随后这些程序模块也使采用各自另外的标准的传输成为可能。

在实施例内介绍的用于具有FDMA、TDMA和CDMA组合的移动无线电网络的数据传输装置BTS，MS适合于第3代系统的要求。尤其适合于在现行的GSM移动无线电网络内实施，为此需较低的变更开销。既按照GSM标准也按照介绍的TD/CDMA标准工作的双模式移动站MS的设计变得简单了。

Claims (13)

1.在移动无线电网络内数据传输装置，其中在TDMA的和/或在TD/CDMA传输方法范围内进行无线电传输，它具有：

—用于控制该装置的控制装置(SE)，

—至少一个用于处理高频发送信号和接收信号(tx，rx)高频部件(HF-E，HF-S)，

—用于发送信号和接收信号(tx，rx)滤波的信号滤波器(EF，SF)，

—用于对其传输信道有关的接收信号(rx)估算的至少一台信道估算器(JD-KS，GSM-KS)，

—用于发送信号(tx)调制的至少一个调制器(JD-MOD，GSM-MOD)，

—用于把各自的信号滤波器(EF，SF)与信道估算器(JD-KS，GSM-KS)之一或与调制器(JD-MOD，GSM-MOD)相之一连接的由控制装置(SE)控制的至少一只转接装置(UM1，UM2)，

—用于检测传输的数据的至少一个估算接收信号(rx)的数据估算器(JD-D，GSM-D)，以及

—用于发送信号或接收信号(tx，rx)的编码或解码的信道编码器/解码器(FC，FD)，其中至少一个信号滤波器(EF，SF)和/或高频部件(HF-E，HF-S)用于两种传输方法。

2.根据权利要求1的装置，

具有用于功率调整的装置(LR)，通过该装置实现两种传输方法的发送信号(tx)的发送功率的调整。

3.根据前述权利要求之一的装置，

具有用于对信令信息额外编码的至少一只信息组编码器/解码器(BC，BC)。

4.根据前述权利要求之一的装置，

其中控制装置(SE)是这样设计的，以致于对接收的信令信息进行估算以及对发送的信令信息进行预加工。

5.根据前述权利要求之一的装置，

其高频部件由接收部件(HF-S)和发送部件(HF-S)组成。

6.根据权利要求5的装置，

其用于高频接收信号(rx)的接收部件(HF-E)实现信号放大，滤波并转换到基频带。

7.根据权利要求5的装置，

其用于发射信号(tx)的发射部件(HF-S)实现信号放大，滤波并转换到高频发射带。

8.根据前述权利要求之一的装置，

其信号滤波器(EF，SF)具有一只数字发送滤波器(SF)和一只数字接收滤波器(EF)。

9.根据前述权利要求之一的装置，

具有数字信号处理装置(DSP)，该信号处理装置是通过程序成分(P1，……，P9)实现信号滤波器(EF，SF)，信道估算器(JD-KS，GSM-KS)，调制器(JD-MOD，GSM-MOD)，控制装置(SE)，数据估算器(JD-D，GSM-D)，信道编码器/解码器以及信息组编码器/解码器(BC，BD)的至少部分功能。

10.根据权利要求9的装置，

其中程序成分(P1，…，P9)是这样构成的，以致于它们可以通过由移动无线电网络传输的新程序成分或参量(P1’，……，P9’)至少部分地取代。

11.根据前述的权求要求之一的装置，

其中TDMA传输法按照GSM标准实施。

12.根据前述权利要求之一的装置

该装置是作为移动站(MS)设计的。

13.根据权利要求1到11之一的装置，

该装置是作为基站(BTS)设计的。

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