CN1269934A - 可变速率cdma通信系统的速率检测 - Google Patents

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Abstract

使BRI与数据本身在同一帧中传输可以提供可变速率数据传输。当采用沃尔什码扩展时,解扩过程可以分成两个独立的解扩操作,这两个操作之间具有缓冲。缓冲数据由这两个解扩级之间的中间符号组成,缓冲速率可以是用户数据的最大速率,而不是较之更高的码片速率。采用这种方法,接收机缓冲器的大小可以显著降低。

Description

可变速率CDMA通信系统的速率检测
                        背景技术
本发明总体上是关于可变数据速率传输，更具体而言，是关于当传输显式比特率信息时有效地检测可变速率数据传输的技术。
最近采用扩频调制和码分多址(CDMA)技术的蜂窝无线通信系统得以发展。在典型的CDMA系统中，待传输的信息数据流被附加在有时被称为扩展码的更高比特率的数据流上。扩展码的每个符号通常称为码片。在有时叫做编码或扩展信息信号的过程中，信息信号和扩展码信号一般采用乘法组合在一起。每个信息信号都分配一个唯一的扩展码。多个编码信息信号以无线频率载波调制的形式发送出去，这种复合信号在接收机中一起被接收。每个编码信号与所有其它的编码信号以及噪声相关信号在频率上和时间上都交叠在一起。使复合信号与其中唯一的扩展码进行相关，相应的信息信号就可以被分离出来并被解码。
由于无线通信系统被更广泛地公认，因此希望提供各种类型的无线通信业务来满足客户的需求。例如，设想通过无线通信系统支持传真、电子邮件、视频因特网接入等。而且，用户可能希望同时访问不同类型的业务。例如，两用户间的视频会议将涉及话音和视频支持。这些不同业务之中，有些需要比无线通信系统传统提供的话音业务相对高的数据速率，而另外一些业务需要可变数据速率服务。这样，可以预见未来的无线通信系统将要求能够支持高数据速率通信和可变数据速率通信。
为实现CDMA无线通信系统中的可变速率通信已经开发了几项技术。例如从以可变速率传输数据的观点来看，这些技术包括间断传输(DTX)、可变扩展因子、多重码传输和可变速前向纠错(FEC)编码。对采用DTX的系统，传输只发生在每帧的可变部分期间，即所定义的用于传输一定大小数据块的时间期间内。用于传输数据的部分帧与整个帧长的比值通常称为负载周期γ。例如，当以最高可能速率传输时，即在整个帧周期内传输时，γ＝1，而当以零速率传输时，如在话音的间歇，γ＝0。例如在依据美国“双模式宽带扩频蜂窝系统移动站-基站兼容标准”，TIA/EIA暂行标准TIA/EIA/IS-95(1993年7月)及其修订版TIA/EIA标准TIA/EIA/IS-95-A(1995年5月)所设计的系统中，采用DTX提供可变数据速率传输。这些标准是由位于弗吉尼亚州阿灵顿市的电信工业协会和电子工业协会颁布的，它们决定了美国蜂窝通信系统的特性。
改变扩展因子是提供可变数据速率通信的另一项已知技术。如上所述，扩频系统通过将每个数据信号与扩展码相乘从而在可用带宽上扩展数据信号。改变每个数据符号的码符号的个数或码片的个数、即扩展因子，在保持码符号速率固定的同时，有效的数据速率能够可控地变化。在可变扩展因子法的典型实现中，扩展因子受关系式SF＝2k×SFmin的限制，这里SFmin是所允许最小扩展因子，它对应于所允许的最高用户速率。
另一项改变传输数据速率的已知技术通常称为多重码传输。依照该技术，数据利用可变数目的扩展码来传输，所用的确切码数目依赖于瞬时用户比特率。多重码传输的例子在美国第08/636,648号、题为“多重码压缩方式DS-CDMA系统和方法”的专利申请中有描述，该专利1996年4月23日提交，其公开内容在此合并作为参考。
还有一项无线通信系统中的改变传输数据速率的技术涉及改变FEC。更明确地说，是通过采用码凿孔和重复或者采用不同速率的码之间的转换来改变前向纠错(FEC)编码的速率。采用这种方法当信道比特率保持不变时，用户速率是可变的。本技术领域中的专业人员将认识到，作为实现可变速率传输的机制，改变FEC和可变扩展因子之间有相似之处。
在无线通信系统中不论采用何种具体技术提供实现可变速率传输的能力，接收机必须知道数据传输的确切速率，以便正确检测和解码接收的信号。通知接收机接收信号瞬时数据速率的方法一般分为两类，即，随同着所传输信号一起显式传输比特率信息(BRI)的系统，和向接收机提供通过例如尝试不同的速率并找出一个使循环冗余校验正确的速率以便“盲”检测数据传输速率能力的系统。授权给Butler等人的美国专利第5,566,206号提供了盲速率检测方法的例子。
显式BRI传输和盲速率检测的方法都有一定的缺点。例如，盲速率检测由于需要额外的电路/逻辑以正确识别多个可能数据速率中的一个，使得接收机比较复杂。
显式BRI传输设计也有问题。例如BRI可以在它所描述的数据帧之前的数据帧中发送或者与之在同一帧传输。如果BRI在前一帧传输，发送机将引入一帧额外的时延。即，只要当发送机中有一帧的可用数据时，就计算该帧的BRI并将其发送出去，而该数据帧的发送则要延迟到下一个帧周期。对诸如话音的低时延的业务、特别是对大帧长业务，这种额外的时延是不希望的。
另一方面，如果BRI与数据同在一帧中传输，接收机需要缓冲接收的信号，直到检测出和解码该帧的BRI。这种方案导致接收机中额外的缓冲，因而增加额外的成本和复杂度。
因此，希望创建既允许显式速率信息与所描述的数据在同一帧中传输、同时使接收机所需的缓冲容量减到最小的新的技术和系统。
                        发明概要
早先通信系统的这些和其它一些问题已经被申请人的发明所解决，在本发明中采用可变扩展因子的方法提供可变比特率数据传输，它使BRI与数据本身在同一帧中传输。当采用沃尔什码进行扩展时，解扩过程可以分成两个独立的级，两级之间具有缓冲。用于缓冲的速率是最高用户数据速率，而不是比其高得多的码片速率。采用这种方式，缓冲器的容量可以大大降低。
在解扩的第一级，根据最大用户数据速率和沃尔什码字的性质，通过采用对所有的物理信道都相同的第一码来进行解扩，这些沃尔什码字源于共同的码根。当BRI例如从物理控制信道被解码之后，这个信息提供给第二解扩级，在该级确定与每个待解码的物理信道相关的各个码字。
                        附图简述
结合附图阅读以下描述，将会理解申请人发明的概貌和目的，其中：
图1为实现本发明的示范接收机的结构框图；
图2说明在经相同的扰码的两个物理信道上的可变扩展；
图3为一示范码树；
图4说明根据本发明的实施例的两级解扩过程；以及
图5说明一个较图4更为详细的形式。
                       详细说明
虽然本说明是在涉及便携或移动无线电话的蜂窝通信系统的范围的情况下描述的，但是本技术领域的专业人员将理解申请人的发明可以适用于其它通信应用。
根据本发明的实施例，CDMA系统通过在每一帧提供说明该帧瞬时数据符号速率的控制信息能够支持诸如话音的可变比特率业务。为了在有规律的时间间隔内完成这一功能，物理信道可组织成等长的帧。每一帧载送整数个码片和整数个信息比特。
采用这一示范帧结构，通过在单独的物理信道中传输这一信息可以为每一CDMA帧提供比特率控制信息。载送数据和控制信息的物理信道可分别表示为物理数据信道(PDCH)和物理控制信道(PCCH)。在接收PCCH之前应知道它的扩展码、符号速率或等价的扩展因子。
许多潜在的优点可归功于可变速率传输。例如，由于码片速率保持恒定以及较低比特率给出较高的扩展因子，系统中各种用户间的干扰可以被降低，这样可以减小发送功率。本技术领域的专业人员会很容易理解怎样有利地将CDMA系统中这种改变信息速率的能力用于改变其它参数。
示范接收机(可用于基站或移动站)的结构见图1。接收到的信号首先经处理器10处理以便产生复合的基带样本。然后信号被分别分配到包括控制信道RAKE解调器12和数据信道RAKE解调器14的信号处理分支。尽管图1只说明了一路PDCH信号处理分支，但是本领域的专业人员应理解根据本发明的接收机包括许多这样的分支。由单元16和18向解调器12和14提供的相应的PCCH和PDCH扩展码。如上所述，PCCH帧包含当前传输的PDCH结构的相关信息，因而PCCH信息解码应该先于PDCH解调。这样，位于PDCH RAKE解调器14的上游的帧缓冲器20将会延迟提供给该解调器14的基带信号输入，以便PDCH RAKE解调器14在解码之前接收到PDCH扩展因子。与数据在PDCH中被逐帧地传输的传输速率有关的信息由解码器22提供。在下游提供的PDCH解码器24用于解码PDCH，这在本领域内是众所周知的。根据以下描述的本发明的实施例，帧缓冲器20的容量可以减小到最小。
为了充分理解缓冲器20的大小是如何被减小的，首先简要地讨论一下可变扩展因子和正交码。如前面提到的，可变速率业务可以通过用可变扩展因子来扩展数据流的方法得以支持。例如，考虑这样一种业务，它在第一周期内需要第一(低)数据速率，在第二周期内需要第二(高)数据速率，并且它在移动站和基站之间需要有一条PDCH来支持。在第一周期内可根据第一数据速率选择第一扩展码。在第二周期内可根据要传输的第二数据速率选择第二扩展码。由于第二数据速率高于第一数据速率，所以第二扩展码会比第一扩展码短。
并且，多个可变速率的PDCH可以用类似的方式来处理。例如，多个数据流可以用不同长度的沃尔什码扩展至码片速率，然后进行相加和扰码。图2描述了这些扩展和扰码的过程，在此以两个物理信道为例。第一路数据流送到乘法器30，其速率R1等于码片速率Rc除以该数据流的扩展因子SF1。该数据流用码字C1扩展，码字C1的长度选择使得乘法器30的输出是速率为码片速率Rc的物理信道。类似地，第二路数据流送到乘法器32，其数据速率R2等于码片速率Rc除以该数据流的扩展因子SF2。该数据流用码字C2扩展，码字C2的长度选择使得乘法器32的输出是速率为码片速率Rc的物理信道。两个物理信道经加法器34相加，然后复合的信号在块36由加扰码Cscr加扰。产生的信号输出到例如发射信号处理电路，并且最后被耦合到天线。数据流的速率可限制在所用扩展因子大于或等于预定值SFmin的范围。
在乘法器30和32中，用于扩展的沃尔什码可以用树状来表示，如图3所示。树中同级的码是相互正交的并且具有相同的扩展因子。如果第一个物理信道用树中的第一个码来扩展，第二个物理信道用第二个码来扩展，该码字(1)不同于第一个码，(2)不在第一个码通向树根的路径的左边，以及(3)不在以第一个码为根的子树上，则扩展的物理信道是相互正交的。每个物理信道从码树上分配一个扩展码，其扩展因子与各自的数据速率相匹配。当某个PDCH的数据速率变化时，将分配码树中不同级的码。例如增加数据速率将使所选码移到树的左边，而减小数据速率将使所选码移到树的右边。这样当数据速率变化时，可变速率PDCH将沿着码树中的一定路径上下移动。
由图3可看出树中任一给定的码可用于构造其右边的码(即远离树根)。这样，任一给定的码可以看成是由通往码根的路径上的低级别的码组成的。申请人已经认识到码的这一性质可用于减小接收机中的缓冲需求。
在图1所示的接收机中，接收到的信号被解扰和解扩。不过，接收机在对帧进行解扩之前需要知道用于传输该帧的扩展因子。因为根据本发明的示范实施例BRI同在一帧传输，因此信号需要缓冲。不过，申请人已经意识到对所建立的某一具体连接，可以利用所有可用的沃尔什码的最大共同部分进行解扩而无需缓冲，即无需在BRI解码之前缓冲。因此，图1所示接收机的包括缓冲器20和PDCH RAKE解调器14的分支可修改为如图4所示。在那里，信号与第一码在子树的根进行相关以部分解扩接收的符号，该子树中含有块50所有可能的码。对所有的多径射线都执行这个过程，并进行RAKE组合，所得到的中间符号在缓冲器20中缓冲。一旦BRI被PCCH解码器20解码，来自缓冲器20的中间符号与第二码在块52中进行相关，得到解扩的原始比特。用于第二步解扩的码很容易从码树中识别。例如，对码(+1+1-1-1-1-1+1+1)进行解扩可以这样实现：在块50首先用(+1+1)解扩，然后在块52用(+1-1-1+1)进行解扩。另一种可替换的方法是在块50用(+1+1-1-1)进行解扩，然后在块52用(+1-1)解扩。前一种组合导致以较高速率缓冲中间符号，因此需要较大缓冲器20。但是，在任何一种情况下根据本发明的缓冲速率都远远低于码片速率。例如，采用可变扩展因子在64和256之间的系统，其缓冲速率比码片速率低64倍。
图5说明根据本发明的解扩过程的一个示例，两支路RAKE接收机采用两次解码。首先，接收的信号在块60和62中进行解扰，这与图2中块36完成的过程相反。然后接收到的信号在块64和66中部分解扩，所采用的码是相同的，即码树最左边的码，对这一具体传输，所有可变扩展因子都从此同一码树中选择。得到的部分解扩信号分别在块68和70中进行积分，并根据信道估计在块72和74中进行修正。这后两个操作对RAKE接收机信号处理领域的专业人员是熟知的。然后得到的部分解扩信号在块76中相加并送入缓冲器20存储起来，直到从PCCH解码器来的比特速率信息到达。但是，由于信号在缓冲器20存储之前已经被部分解扩，所以存储的数据速率大大低于码片速率，这给了设计者减小缓冲器18大小的可能。一旦该帧的BRI信息可用，就可以分别选择第二码C1”和C2”在块78和80完成解扩过程。解扩后的信号又一次在块82和84中进行积分，接下来的处理在传统的RAKE接收机中是众所周知的。
应当理解，申请人的发明不仅局限于上述具体示例，本技术领域中的人员可能作一些修改。申请人发明的范围取决于以下的权利要求，该权利要求包含任何和全部在其范围内的修改。

Claims (20)

1.一种接收机，包括：
用于接收包含至少两个物理信道的扩频信号的装置；
使用第一码部分解扩所述至少两个物理信道之一的装置；
用于缓冲所述部分解扩信号的装置；和
使用第二码解扩所述缓冲信号的装置。
2.权利要求1的接收机，其中所述扩频信号以码片速率接收，和所述缓冲装置以小于所述码片速率的速率存储所述部分解扩信号。
3.权利要求1的接收机，其中所述至少两个物理信道包括一个控制信道和第一数据信道。
4.权利要求1的接收机，其中所述至少两个物理信道中的所述之一可以以多个数据速率其中之一进行接收及所述第一码基于所述多个数据速率进行选择。
5.权利要求3的接收机，还包括：
用于解调和解码所述控制信道以获得与所述第一数据信道相关的比特率信息的装置；和
用于向所述使用至少一个第二码解扩所述缓冲信号的装置提供所述比特率信息的装置。
6.权利要求5的接收机，其中所述第二码的选择基于所述比特率信息。
7.权利要求3的接收机，其中所述至少两个物理信道包括第二个数据信道。
8.权利要求7的接收机，其中所述用于部分解扩的装置也使用第一码解扩所述第二数据信道。
9.权利要求8的接收机，还包括：
用于解调和解码所述控制信道以获得与每个所述第一和第二信道相关的比特率信息的装置；和
其中所述解扩装置基于所速比特率信息分别选择用于解扩所述第一和第二数据信道的第二和第三码。
10.权利要求9的接收机，其中所述比特率信息包括所述每个第一和第二数据信道的扩展因子。
11.权利要求5的接收机，其中所述比特率信息是扩展因子。
12.权利要求8的接收机，其中所述第一码的选择基于对第一和第二数据信道都相同的码比特。
13.一种用于解扩数据帧的方法，包括以下步骤：
(a)使用第一码解扩所述数据帧；
(b)缓冲步骤(a)的输出；
(c)决定所述数据帧的传输速率；和
(d)使用第二码解扩所述缓冲输出，所述第二码的选择基于所述已决定的速率。
14.权利要求13的方法，其中步骤(b)还包括步骤：
以小于所述数据帧的码片速率的速率缓冲所述输出。
15.权利要求13的方法，其中步骤(c)还包括步骤：
解扩和解码控制信道以获得所述速率。
16.权利要求13的方法，其中步骤(a)还包括步骤：
基于传输所述数据帧可使用的多个速率决定所述第一码。
17.一种接收机，包括：
用于解扩所接收的扩频信号的第一解扩器；
与所述解扩器相连、用以存储其输出的缓冲器；和
与所述缓冲器相连、用以解扩所述存储输出的第二解扩器；
18.权利要求17的接收机，其中所述第一解扩器使用至少两个分支解扩所述接收的扩频信号，每个分支使用相同的第一码解扩所述接收的扩频信号。
19.权利要求17的接收机，其中所述第二解扩器使用至少两个分支解扩所述存储输出，每个分支所采用的码与用于所述至少两个分支的其它码不同。
20.权利要求17的接收机，其中所述第一解扩器用扰码代码来解扰所述接收的扩频信号。
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