CN1269933A - 用于无线电系统的信道化代码分配 - Google Patents

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Abstract

通过根据所述技术分配扩展码来灵活调节可变扩展因数和多码传输。分配扩展码,以使控制信道在复合扩频信号中与所有物理信道正交。也通过在需要时分配物理信道给合适的分支和分开物理信道来在发射机中提供同相(I)与正交(Q)分支之间的功率平衡。

Description

用于无线电系统的信道化代码分配
本发明一般涉及可变数据速率传输，更具体地涉及为可变速率数据传输有效地分配扩展码的技术。
近来已研制使用扩频调制和码分多址(CDMA)技术的蜂窝无线电通信系统。在典型的直接序列CDMA系统中，将要发射的信息数据流叠加在有时称为扩展序列的更高码元速率数据流上。将扩展序列的每一个码元通常称为片。给每个信息信号分配一个一般利用周期性重复生成扩展序列的唯一的扩展码。一般利用有时称为编码或扩展信息信号的处理中的相乘来组合信息信号和扩展序列。多个扩展信息信号作为射频载波的调制进行发射并且作为复合信号在接收机上一起进行接收。每一个扩展信息在频率和时间上重叠所有其他的编码信号以及噪声相关的信号。通过将该复合信号与一个唯一的扩展序列相关，能隔离和解码相应的信息信号。
随着无线电通信变得更广泛地被接受，希望提供各种类型的无线电通信业务来满足客户需求。例如，预想通过无线电通信系统支持传真、电子邮件、视频、互联网接入等。而且，预期用户可能希望同时接入不同类型的业务。例如，两个用户之间的电视会议将包括语音与视频支持。与由无线电通信系统通常提供的语音业务相比这些不同业务之中的一些将要求相当高的数据速率，而其它业务将要求可变数据速率业务。因此，期望未来的无线电通信系统将需要能够支持高数据速率通信以及可变数据速率通信。
已经研制几种技术用于在CDMA无线电通信系统中实现可变速率通信。从以不同速率发射数据的观点出发，这些技术包括例如间歇传输(DTX)、可变扩展因数、多码传输和可变前向纠错(FEC)编码。对于采用DTX的系统而言，只在每帧的可变部分中即在定义用于发射一定大小数据组的时间周期中进行发射。用于发射的帧部分与总的帧时间之间的比率一般称为占空因数r。例如，在以最高可能的速率发射时，即在整个帧周期期间，r＝1，而对于零速率发射而言，例如在语音暂停期间，r＝0。例如，DTX用于在根据题为“用于双模式宽带扩谱蜂窝系统的移动站——基站兼容性标准”“Mobile Station-BaseStation Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband SpreadSpectrum Cellular System”的美国标准、TIA/EIA临时标准TIA/EIA/IS-95(1993年7月)及其修订TIA/EIA临时标准TIA/EIA/IS-95-A(1995年5月)设计的系统中提供可变数据速率传输。确定U.S蜂窝通信系统特性的这种标准由位于弗吉尼亚州的阿灵顿市的电信工业协会和电子工业协会颁布。
改变扩展因数是用于提供可变数据速率通信的另一种公知技术。如上所述，DS-CDMA扩频系统通过将每一个数据信号乘扩展序列来在可利用的带宽上扩展数据信号。通过改变每个数据码元的片数量，即扩展因数，在保持片速率固定的同时，能可控制地改变有效数据速率。在可变扩展因数方案的典型实施中，扩展因数由关系SF＝2KXSFmin限定，其中SFmin是对应于最高允许的用户速率的最低允许的扩展因数。
用于改变发射数据速率的另一公知技术通常称为多码传输。根据此技术，利用可变数量的扩展码发射数据，其中所使用的代码的准确数量取决于瞬时用户比特速率。实际上，这表示给连接分配可变数量的物理信道以提供可变的带宽。多码传输的一个示例描述在1996年4月23日提交的题为“多码压缩模式DS-CDMA系统和方法”的U.S专利申请号08/636,648中，将此申请的公开引入在此作为参考。
用于改变无线电通信系统中发射数据速率的另一技术包括改变FEC。更具体地，利用码收缩与重复或通过在不同速率的代码之间进行转换来改变前向纠错(FEC)编码的速率。以这种方式改变用户速率，而信道比特速率保持恒定。本领域技术人员将意识到改变FEC和可变扩展因数之间的相似性是实施可变速率传输的一种机制。
在上行链路和下行链路中，希望能同时发射任意数量的逻辑信道以支持基站与移动站之间的单个连接来支持不同的数据速率。为了在无线电接口上发射这些逻辑信道，分配许多物理信道。利用不同的扩展码(信道化代码)隔开这些物理信道，即，使用多码传输。每个物理信道能具有几种可能的数据速率之中的一个速率，即在扩展在物理信道上发射的数据时使用几种可能的扩展因数之一。然而，到目前为止，还未提供考虑已分配给其他信道的代码和考虑与同相(I)和正交(Q)发射机分支相关的功率的分配码字给物理信道的灵活解决方案。
因此，希望创造新技术与系统以支持多码传输与可变扩展因数并使功率最优化的灵活方式来分配扩展码。
利用本申请的发明解决以前通信系统有关的这些与其他问题，其中考虑已分配给将与之并行发射的其他物理信道的扩展码来分配用于物理信道的扩展码。例如，如果分配了扩展码的物理信道是控制信道(PCCH)，则根据本发明的技术调查是否已分配扩展码给发射机的I或Q分支上的另一物理信道，于是能分配使PCCH正交于复合扩频信号中所使用的所有其他物理信道的扩展码给此PCCH。而且，对于物理数据信道(PDCH)，根据本发明的技术确定是否任何其他的信道先前已分配了与当前调查的此信道相同的I或Q分支上的扩展码。如果是这样的话，给此PDCH分配使此PDCH与同一分支中的其他PDCH以及PCCH正交的扩展码。
根据本发明的其他示例实施例，除了分配扩展码给每个物理信道之外，这些物理信道还在发射机的I与Q分支之间以试图平衡这两分支之间的功率并提高功率放大器性能的方式进行分配。例如，如果与将建立的连接有关的数据速率相对低，则可以利用一个PDCH和一个PCCH支持此连接，其中一个信道分配给发射机的I分支，而另一个信道分配给Q分支。然而，如果与将建立的连接有关的数据速率相对高，则将PDCH分配给一个分支并将PCCH分配给另一个分支在这两个分支之间产生大的功率差异。在这样的情况中，能在两个PDCH上发射数据，其中每一个PDCH分别分配给发射机I与Q分支，并且控制信道能分配给I分支或Q分支。
通过结合附图阅读此描述将理解本申请的发明的特性与目的，其中：
图1A是表示其中能实施本发明的示例发射机结构的方框图；
图1B表示能在图1A的发射机中实施的可选择的置乱技术；
图2是示例的代码树；
图3是描述根据本发明的示例实施例在发射机的I与Q分支之间分配物理信道的流程图；和
图4是表示根据本发明分配扩展码给物理信道的流程图。
虽然此描述以包括便携式或移动式无线电话机的蜂窝通信系统为文本进行撰写，但本领域技术人员将明白，本申请的发明可以应用于其他的通信应用。
根据本发明的示例实施例，CDMA系统通过在每帧中提供指定此帧的瞬时数据码元速率的控制信息能支持可变比特速率业务，诸如语音。为了以常规的时间间隙实现此，能以相等长度的帧(顺时针)组织物理信道。每个帧传送整数数量的片和整数数量的信息比特。
利用此示例帧结构，比特速率控制信息可以通过在单独的物理信道上发射此信息来提供给每个CDMA帧。传送数据与控制信息(例如，包括用于信道估算的导频/基准码元、功率控制指令和数据的速率信息)的物理信道能分别表示为物理数据信道(PDCH)和物理控制信道(PCCH)。移动站与基站之间的每一个连接将利用PCCH和至少一个PDCH来支持。PCCH的扩展码、码元速率或等效地扩展因数在接收机之前是公知的。以这种方式，接收机能在解调/解码PDCH之前从PCCH中确定PDCH的数据速率。用于处理BRI信息的示例技术描述在与本申请同时提交的Dahlman等人的题为“用于可变速率通信系统的低延迟速率检测”的共同转让的代审U.S专利申请序列号------中。
许多潜在的好处归因于可变速率传输。例如，由于片速率保持恒定并且较低的比特速率给出更高的扩展因数，从而允许更低的发射功率，所以能减少此系统的不同用户的干扰。本领域的技术人员将容易认识到，改变CDMA系统中的信息速率的此能力如何能有益地用于改变其他的参数。然而，需要用于有效地分配扩展码给不同的物理信道(即，PCCH和PDCH)的技术并在下面描述此描述。
物理信道是某一速率的比特流，利用某一代码扩展并分配给发射机的同相(I)或正交(Q)分支。通过如上所述利用可变扩展因数进行扩展来支持可变速率业务。许多数据流利用不同长度的Walsh码扩展到片速率，随后进行求和，并在需要时进行置乱。执行这些扩展、求和与置乱操作的示例发射机(例如，在基站或移动站中可利用)的结构表示在图1A中。
其中，第一数据流I1提供给具有等于利用此数据流的扩展因数SF11划分的片速率Rc的数据速率R1的乘法器10，此数据流利用选择的具有2K片长度的信道化代码字C11进行扩展，通过选择与所需的物理信道I1的数据速率相关的K值，使乘法器30的输出具有片速率Rc。例如，250Kb/s的物理信道数据速率利用16(24)片长的信道化代码扩展到4Mc/s的片速率。下面描述有关根据本发明的特定信道化代码分配的具体细节。同样地，另外的数据流提供给乘法器12、14与16(和其他未示出的分支)以便利用具有选择为片速率Rc长度的信道化代码扩展其相应的数据流。数据流的速率能限制为这样的一个间隔，以使所使用的扩展因数大于或等于预定的SFmin。每个物理信道随后利用相应的放大器18、20、22与24进行加权。能个别地选择加权来分配功率给每个物理信道，以满足预定的质量要求，例如每个物理信道的比特差错率。在累加器26中累加在发射机的“I”分支中的物理信道。类似地，在累加器28中累加在发射机的“Q”分支中的物理信道。如果需要的话，则对叠加的物理信道执行置乱。这能以至少两种方式来完成。第一，如图1A所示，通过在方框30与32中形成I与Q对偶作为复数并随后在方框34中将此结果与另一个复数(即，复数值置乱码C置乱＝C1+JCQ)相乘能执行置乱。通过在方框36与38中将I与Q和两个实数值置乱码C1与CQ相乘，也能如图1B所示分别对I与Q分支执行置乱。置乱码以片速率进行计时。所得到的信号例如输出给发射信号处理电路(如，QPSK或O-QPSK调制器，随后有可能是脉冲整形滤波器)、利用发射功率放大器(未示出)进行放大并最后耦合到天线(也未示出)。
用于在乘法器10-16上进行扩展的Walsh码能以类似树的方式进行查看，如图2所示。树中相同等级上的代码是正交的并具有相同的扩展因数。因此，代码C4，1、C4，2、C4，3与C4，4是正交码，每一个代码均具有相同的扩展因数，即相同的片数量。如果利用树中的第一代码扩展物理信道，并且利用另一个代码扩展另一个物理信道，其中此另一个代码(1)与第一代码不同；(2)不在至树根路径上的第一代码的左边；并且(3)不在使第一代码为树根的子树中，则两个扩展的物理信道将是正交的。例如，如果给PCCH分配代码C4，1并给PDCH分配代码C8，5，则这两个扩展信道是正交的。然而，如果给PDCH分配代码C8，1或C8，2，则此PCCH与PDCH将是不正交的。给每个物理信道分配此树中的扩展码，而扩展因数与相应的数据速率匹配。由于数据速率随特定的PDCH而变化，所以将分配此树中不同等级的代码。例如，提高数据速率将使码选择移到树的左边，而为了降低数据速率，码选择将移到右边。因此，典型可变速率PDCH一般将在其数据速率变化时沿着代码树中的某一路径上下移动。能根据本发明的以下规则将物理信道分配给发射机的I与Q分支以及分配图2的代码树中的代码作为扩展码(例如，图1A中的C11、CQ1等)。
图3是表示根据本发明在单个PDCH(即，具有足够的带宽)能用于支持连接的情况中在发射机的I与Q分支之间分配物理信道的示例技术的流程图。本领域技术人员将意识到，此技术为每个I与Q分支提供相对平衡的发射功率，而这又提供更好的功率放大器性能。此流程在方框40开始，其中确定发射单个PDCH所需的功率是否显著大于发射PCCH所需的功率。例如，如果将以比PCCH高得多的速率发射PDCH或者如果PDCH的业务质量(QOS)要求更高，那么功率要求将相应地更高。在这种情况中，此流程继续到方框42，在方框42中数据流分为两个较低速率的PDCH。例如，这三个物理信道则能如方框42所示以有助于更平均地平衡I与Q分支之间发射功率的方式分配给I与Q分支。另一方面，如果在方框40中确定不以显著比PCCH高的功率发射PDCH，则流程进入方框44，在方框44中将控制信道分配给一个分支，而将数据信道分配给另一个分支。注意：在方框42与44中Q与I的特定选择只是示例性的并且这些表示当然可以相反。
在将物理信道分配给发射机中相应的一个I与Q分支之后，根据本发明进行的下一分配是每个物理信道的扩展码的选择。根据本发明，选择来扩展PCCH的扩展码应使此PCCH与将在复合扩频信号中发射的所有其他的物理信道正交，即正交于I和Q分支中的所有信道。要求此特征是因为首先必须在接收机上解调和解码PCCH，以提供用于处理在同一扩频信号中发射的数据信道的信道估算。因此，现在将参考图4的流程图说明根据本发明的用于分配扩展码的示例技术。此流程图开始于方框52，在方框52中确定分配了扩展码的当前信道是数据信道还是控制信道。如果当前分配了扩展码的信道是PDCH，则流程进入方框54。其中，给此PDCH分配使此PDCH正交于PCCH(如果已给此PCCH分配了扩展码)并且使此PDCH正交于发射机的同一I或Q分支上的任何其他PDCH的扩展码。例如，假设此时正给此特定PDCH分配扩展码，已给此PCCH分配了代码C4，1并且已给另一PDCH分配代码C8，5。另外，假设将以相对图2的代码树要求等级3代码的数据速率发射此特定PDCH。根据本发明，则能给此特定PDCH分配代码C8，3、C8，4、C8，6、C8，7，与C8，8中任意一个代码。此PDCH不能分配给代码C8，1或C8，2，这是因为这样的分配将导致与控制信道的不正交。然而，能给此PDCH分配代码C8，6，如果此代码分配给已分配了此扩展码的PDCH的相反的发射机分支的话。
该流程随后进入方框56，如果保留附加的信道，则据此分配更多的代码。否则，此程序结束。如果在方框52上为了扩展码分配而对控制信道进行评估，则流程进入方框58，在方框58中选择使此控制信道正交于以前分配了代码的所有信道的一个代码，于是在接收机上能容易地解码和解调此PCCH，以便提供信道估算来使用和评估数据信道。
应该明白，本申请的发明并不局限于上述的并且可以由本领域技术人员进行修改的特定实施例。本申请的发明的范围利用下面的权利要求书来确定，并且落入此范畴内的任何和所有的修改预定包括在其中。

Claims (22)

1.一种具有同相(I)分支和正交(Q)分支的发射机，用于发射包括至少两个物理信道的复合扩频信号，所述发射机包括：
与所述I分支有关的装置，用于利用第一扩展码扩展与所述至少两个物理信道之中的一个信道有关的数据，以生成第一扩展物理信道；和
与所述Q分支有关的装置，用于利用第二扩展码扩展与所述至少两个物理信道之中的另一个信道有关的数据，以生成第二扩展物理信道；
其中所述第一与第二扩展码具有不同数量的片，并且选择所述第一与第二扩展码，以使所述第一与第二扩展物理信道相互正交。
2.根据权利要求1的发射机，其中所述至少两个物理信道之中的所述一个信道是控制信道(PCCH)，而所述至少两个物理信道之中的所述另一个信道是数据信道(PDCH)。
3.根据权利要求2的发射机，还包括：
用于通过根据发射功率要求选择性地分配所述至少两个物理信道给所述I和Q分支来平衡与所述发射机的所述I和Q分支相关的功率的装置。
4.根据权利要求3的发射机，其中所述至少两个物理信道包括利用第三代码扩展以生成第三扩展物理信道的第二PDCH，并且其中用于平衡功率的所述装置根据所述发射功率要求分配所述第二PDCH给与所述PCCH相同的所述发射机的分支。
5.根据权利要求4的发射机，其中所述第二和第三扩展物理信道是正交的。
6.根据权利要求4的发射机，其中所述第二和第三扩展物理信道是不正交的。
7.根据权利要求4的发射机，其中所述第二和第三代码是相同的代码。
8.用于分配扩展码给多个物理信道以便在无线电通信系统中在复合扩频信号中进行发射的一种方法，包括以下步骤：
分配具有第一数量片的第一扩展码给控制信道，以使所述控制信道与所述复合扩展信号中其它的所述多个物理信道正交；和
分配具有不同于所述第一数量片的第二数量片的第二扩展码给第一数据信道，选择第二扩展码，以使所述控制信道与所述第一数据信道相互正交。
9.根据权利要求8的方法，其中所述控制信道传送能用于进行信道估算的基准信息。
10.根据权利要求8的方法，还包括步骤：
分配具有第三比特长度的第三扩展码给第二数据信道，选择所述第三扩展码，以使所述控制信道与所述第二数据信道相互正交。
11.根据权利要求10的方法，其中所述第一与第二数据信道是正交的。
12.根据权利要求10的方法，其中所述第一与第二数据信道是不正交的。
13.根据权利要求10的方法，其中所述第二与第三扩展码是相同的代码。
14.根据权利要求10的方法，还包括以下步骤：
分配所述第二数据信道给发射机中的I与Q分支之中的一个分支；和
分配所述第三数据信道给所述I与Q分支之中的另一个分支。
15.根据权利要求1的发射机，还包括：
用于置乱所述I与Q分支的所述第一与第二扩展物理信道的装置。
16.用于分配扩展码给多个物理信道以便在无线电通信系统中在复合扩频信号中进行发射的一种方法，包括以下步骤：
分配具有第一数量片的第一扩展码给第一数据信道；和
分配具有不同于所述第一数量片的第二数量片的第二扩展码给控制数据信道，选择第二扩展码，以使所述控制信道与所述第一数据信道相互正交。
17.根据权利要求16的方法，其中所述控制信道传送能用于进行信道估算的基准信息。
18.根据权利要求16的方法，还包括步骤：
分配具有第三比特长度的第三扩展码给第二数据信道，选择所述第三扩展码，以使所述控制信道与所述第二数据信道互相正交。
19.根据权利要求18的方法，其中所述第一与第二数据信道是正交的。
20.根据权利要求18的方法，其中所述第一与第二数据信道是不正交的。
21.根据权利要求18的方法，其中所述第二与第三扩展码是相同的代码。
22.根据权利要求18中的方法，还包括以下步骤：
分配所述第二数据信道给发射机中的I与Q分支之中的一个分支；和
分配所述第三数据信道给所述I与Q分支之中的另一个分支。
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