CN1271485A

CN1271485A - 时分多址系统里的时间分集

Info

Publication number: CN1271485A
Application number: CN 98809307
Authority: CN
Inventors: R·帕特尔马; H·博格; P·卡尔斯拉; M·图蒂雅维; S·阿拉纳拉
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1997-09-18
Filing date: 1998-09-16
Publication date: 2000-10-25
Also published as: AU9541098A; BR9812246A; WO1999014885A2; CA2302372A1; WO1999014885A3

Abstract

描述了一种TDMA无线电电话系统,其中一个基站向一个移动台发射一个时隙和该时隙的一个重复。该移动台有选择地接收这些进隙,从每一个时隙里检测软信息,并为一个信道译码器,例如一个维特比译码器,提供这些软信息的一个组合,用于提高信道译码器的性能。另一方面,描述了本发明的一种方法,用于无线通信系统,该方法包括以下步骤:(a)向一个信道发射一个时隙和这个时隙的一个重复;(b)用一个分集接收机接收这一个时隙和它的重复;(c)用第一个信道估计器和第二个信道估计器分别处理收到的时隙和该时隙的重复;和(d)按照使度量最小的一种技术进行联合检测。

Description

时分多址系统里的时间分集要求享受临时专利申请的优选权

在35 U.S.C.§119(e)下这里要求享受1997年9月18日提交的第60/060707号共同未决临时专利申请的优先权，该申请的标题为“通过在基站里使用重复数据结构改善移动台接收机的性能”，申请人是Mika Tuutijrvi和Seppo Alanr。在35 U.S.C.§119(e)下这里还要求享受1998年6月11日提交的第60/088950号共同未决临时专利申请的优先权，该申请的标题为“时分多址系统的时间分集”，申请人是Risto Paatelma、Heikki Berg和Pekka Kaasila。这里将这些临时专利申请的内容全部引入作为参考。

发明领域

总的来说，本发明涉及电信和移动电话领域，具体而言，本发明涉及采用时分多址(TDMA)空中接口的数字移动电话，例如IS-136，以及改进和增强。本发明还涉及分集接收和重复信息编码，可以用于通过衰落信道发送信号的所有数字TDMA数据传输系统。

发明背景

在叫做IS-136的美国蜂窝时分多址(TDMA)标准中，为了进行差错检测，既采用了分组编码，又采用了卷积编码。

众所周知，根据每一个解调码元传递给译码器的信息的多少，前向纠错(FEC)技术可以用于硬判决或者软判决译码。在这种最简单的实施方案里，解调器对每一个收到的码元做出明确的判断，并将这些位或者码元传送给硬判决译码器。硬判决译码算法本质上是高效率的代数方程求解例程，尽管有时也使用查表方式对短分组码进行译码。简单的移位寄存器编码器和译码器有时使用单错校正码，其中的代码字被表示为多项式，而编码和译码都是用多项式乘法和除法运算来完成的。

软判决FEC译码是从软判决解调开始的，其中的解调器输出被量化成Q级，这里的Q大于传输字符的个数。量化会导致信息丢失，因此软判决解调能够保留信息，采用合适的译码算法可以充分利用这些信息。跟解方程的例行程序比起来，软判决译码算法更象信号相关或者匹配滤波运算。人们发明了用来对分组码译码的许多有效的软判决技术。大家都知道，广泛用于对卷积编码进行译码的软判决维特比译码算法，也可以用于对某些分组码进行最优软判决译码。

总之，软判决译码比硬判决译码的性能更好，但增加了解调器和译码器的复杂性。在很大程度上，性能改善的程度取决于传输信道的特性。在稳定信号AWGN信道里，软判决译码提高SNR(信噪比)的理论极限是3dB。然而，实践经验表明，用复杂程度合理的算法可以改善1～2dB，对于衰落信道SNR的改善还可以更多。

发明目的和优点

本发明的第一个目的是将分集用于提高无线通信系统的性能，这也是本发明的第一个优点。

本发明的另一个目的也就是另一个优点，是通过重复前一个时隙来获得分集增益，如果其它用户没有使用这一时隙；重复前一时隙的同时还使用合并软判决输出的算法，这些输出是从两次重复时隙中分别检测出来的。

本发明的另一个目的是提供一种技术，将分集技术推广到TDMA移动台，例如用于蜂窝电话、个人通信器或者无线电话。这也是本发明的另一个优点。

本发明的另一个目的是提供一种改进了的方法，用于对通过射频链路跟基站连接的移动台的数据进行译码。这也是本发明的另一个优点。

本发明再一个目的是提供一种基站，它发送一个时隙和这一个时隙的重复给移动台。这也是本发明的再一个优点。

本发明还有一个目的是提供一种基站，这种基站发送时隙和这一时隙的重复给移动台，还进一步提供一种移动台，该移动台有选择地接收这些时隙，从这些时隙中检测软信息，将合并了的软信息提供给信道译码器，例如维特比译码器，用于增强信道译码器的性能。这也是本发明的一个优点。

本发明又一个目的是扩大分集的使用范围，这种分集在重复时隙里采用不同的编码，和/或对所有时隙都进行重复，和/或对延迟进行重复。发明简述

以上难题和其它难题以及以上目的是通过采用本发明的实施方案中的一些方法和装置来解决和达到的。

一方面，本发明提供了一种方法，用来降低时分多址(TDMA)移动台接收机的误码率(BER)和误字率(WER)。该方法包括以下步骤：(a)接收有时隙帧结构的一个业务/控制信道消息；(b)对时隙进行解调，然后进行软判决译码；(c)储存从时隙获得的软信息；和(d)随后通过求平均或者求和将储存的软信息跟从随后收到的另外的完整或部分时隙中获得的信息合并。

另一方面，本发明提供一种方法，用于控制一种无线通信系统，该方法包括以下步骤：(a)向一个信道发射一个时隙以及这一时隙的一个重复；(b)用一个分集接收机接收这一时隙和这一时隙的重复；(c)分别用第一个信道估计器和第二个信道估计器处理收到的时隙和该时隙的重复；以及(d)进行联合检测。这一联合检测可以按照以下方式进行：

取以下度量的最小值：

Γ = Σ_{i = 1}^{L} k_{i, k} {| y_{i, k} - c_{i, k} {\tilde{d}}_{i} |}^{2}

其中Γ是一个最小度量，k_i，k是合并算法中的权，y_i，k是在时刻k从分集支路(时隙)i收到的一个取样，c_i，k是一个相应的信道估计，

是时隙i的一个试验码元，L等于重复时隙数。接收机进行搜索试图找出给出最小度量的试验码元。

可以采用其它技术进行联合检测，以及合并从一个以上的时隙获得的信息。

发射时隙的步骤可以包括将时间-时间编码调制应用到要发射的信号上去的一个初始步骤。

附图简述

下面通过参考以下附图，对本发明的详细描述将使本发明的上述特征和其它特征更加显而易见。在这些附图中：

图1是按照本发明构造和工作的移动台的一个框图；

图2是图1所示移动台的一个三维图，其中还画出了一个无线通信系统，移动台通过无线射频链路跟它建立了一个双向连接；

图3A和3B中的框图更加详细地说明图1所示移动台控制器的各个部分；

图4A～4G说明对理解本发明有用的各种定时信号和时隙格式的实例；

图5是一个时隙时间图，它对于理解本发明的MAHO是有用的；

图6A是图2所示基站一部分的框图；

图6B是图6A所示基站组件实现的一种时隙格式；

图7是一个简化IS-136仿真模型的框图，对于解释本发明的另一个方面是有用的；

图8是本发明又一个方面中接收机的一个实施方案；

图9是采用了格雷码的8PSK调制信号的一个星座图(constellation diagram)；

图10描述的是一个简单的重复码，其中码元0被变换成时隙1里的0和时隙2里的0，码元1被变换成时隙1里的码元1和时隙2里的码元1，等等；

图11描述的是本发明中一个实施方案里的时间-时间(TT)码，其中的码元0被变换成时隙1里的码元0和时隙2里的码元0，码元1被变换成时隙1里的码元1和时隙2里的码元5，等等；

图12A～12F说明本发明中时间分集实施方案的仿真结果，其中在图12A、12B、12C中的仿真采用了图10中的重复码，而在图12D、12E、12F中的仿真则采用了图11的时间-时间(TT)码；

图13说明当误码率为1％时从时隙重复获得的分集增益，其中分集增益值上可以加上3dB的能量增益；

图14说明建议的增强版IS-136(TIA IS-136，修订版C)的一个前向时隙；

图15说明采用8PSK调制时发射的码元的8个相位；

图16中的框图说明N个TT码调制器和有关的交织器，用来提供一个最初的时隙和这一最初时隙的N-1个重复；

图17中的逻辑流程图说明通过进行独立的时隙检测从而节省功率的一种方法；和

图18中的逻辑流程图说明通过合并从多个时隙收到的信息的一种节省功率的方法。

发明详述

首先参考图1和图2，其中说明的是一个无线用户终端或者移动台10，诸如蜂窝无线电话或者个人通信器，但并不局限于此，它们适合于实施本发明的各个方面。移动台10包括一付天线12，用于向基站30发射信号，并接收基站30发射的信号。基站30一般都是蜂窝网的一部分，这一蜂窝网包括一个基站/移动交换中心/交互工作功能(BMI)32，这一BMI 32包括一个移动交换中心(MSC) 34。MSC 34跟陆地通信干线连接，例如移动台10正在进行呼叫时，MSC 34就跟公共交换电话网(PSTN)连接。

这一移动台包括调制器(MOD) 14A、一个发射机14、一个接收机16、一个解调器(DEMOD)16A和一个控制器18，该控制器18为发射机14提供信号，并从接收机16接收信号。这些信号包括符合可用蜂窝系统空中接口标准的信令信息，还包括用户语音和/或用户数据。在本发明中假定空中接口标准包括一个物理的和一个逻辑帧结构，虽然本发明并不是要将自己限制在这类帧结构上，也不是只为了用于TDMA或者一个IS-136或者其它类似的兼容移动台。

显然，控制器18还包括实现移动台10的音频和逻辑功能所需要的电路。作为实例，控制器18可以包括一个数字信号处理器(DSP)装置、一个微处理器装置和各种模数转换器、数模转换器以及其它的支持电路。移动台10的控制和信号处理功能是根据这些装置的能力分别由它们实现的。

用户接口包括一个普通耳机或者喇叭17、一个普通麦克风19、一个显示器20和一个用户输入装置，这一用户输入装置通常是一个小键盘22，所有这些都跟控制器18连接。小键盘22包括普通的数字键(0～9)和有关的其它键(#、*)22a，以及用于控制移动台10的其它键22b。这些其它键22b可以包括，例如，一个发送键、各种菜单滚动键和软键以及一个电源开关键。移动台10还包括一个电池26，为控制移动台的各种电路供电。

移动台10还包括各种存储器，将它们总体表示为存储器24，其中储存了多个常数和变量，控制移动台的时候需要这些常数和变量。例如，存储器24储存各种蜂窝系统参数和号码分配模块(NAM)。控制控制器18的操作程序也储存在存储器24中(通常是储存在只读存储器里)。

应当明白，移动台10既可以是车载移动台，也可以是手持装置。更应当了解移动台10可以用一种或者多种空中接口、调制类型和访问类型标准工作。作为例子，移动台可以用除了IS-136以外的许多其它标准中的任意一个工作，例如用GSM(全球移动通信系统)标准工作。于是很清楚，本发明并不局限于移动台或者空中接口标准的任意一种具体类型。

图3A说明接收机的一部分，它包括一个射频选择(图1中的方框16和16A)和一个DSP选择18A，后者构成图1所示控制器18的一部分。在本发明的这一实施方案里，收到的时隙可以用π/4-相移DQPSK调制方式调制，然后进行解调。将解调后得到的同相(I)和正交(Q)信号馈入DSP选择18A进行译码。常常把DSP选择18A的检测器40方框叫做均衡器或者载波跟踪器(CT)。检测器方块40为接收到的时隙位生成软判决(这里也叫做软信息)，将软判决馈入维特比信道译码器42进行进一步的分析。随后在接收机链上有一个进行错误检查的循环冗余码校验(CRC)模块44，接下来是一个语音译码器模块46，它构成一个语音信号，这一语音信号被最终转换成模拟语音信号，并通过耳机或者喇叭17输出。在本领域中维特比译码器、CRC校验器和各种语音译码器的工作原理都是众所周知的。

本发明最具体地涉及如何采用图3B所示的方式使用软信息。图3B说明检测器40包括一个载波跟踪器均衡器40A、一个软信息生成器40B和一对寄存器40C和40D。寄存器40C叫做一个“自己的时隙”寄存器，而寄存器40D则叫做一个“额外的时隙”寄存器。维特比译码器42包括软信息处理模块42a，随后是维特比译码器模块42B。

检测器40生成一个时隙的软信息以后，就将该软信息存入自己的时隙寄存器40C中。接收一个重复时隙时，将重复时隙的软信息存入额外的时隙寄存器40D，然后软信息处理模块42A将它跟前面收到的时隙的软信息加起来，或者计算它们的平均，这两个软信息有相同的内容。这样做是为了改善输入到维特比译码器模块42B的软判决信息的质量。

在图3B所示的实例里，第一个发射时隙寄存器和第一个时隙的接收寄存器40C和40D，都画在检测器模块40中。然而，这些寄存器也可以放在维特比译码器模块42中。

应当指出，并不是每种情况中都对重复时隙求和/求平均。例如，如果第一个发射时隙的循环冗余码校验通过了，没有给出任何错误信息，就不接收也不处理重复时隙。此时可以让移动台10进入省电模式，或者至少可以省去对寄存器40C和40D的软信息进行的合并，从而省电。也就是说，移动台可以进入一种低功耗工作状态，至少是在接收和/或处理第二个时隙的时间里这样做。通常CRC校验器44的控制反馈通过出错/未出错线连接到维特比译码器模块42，和/或省电控制器(没有画出)。

总之，在这一点上，本发明至少可以用于两种情况。在第一种情况里，移动台10正在一个业务信道上接收数据/语音，而在第二种情况中，移动台10正在控制信道或者业务信道上接收控制消息。

在美国TDMA系统的业务信道里，同一个射频信道中有三个下行链路时隙(全速率情况下)，在同一个频道里可以有三个不同的业务信道(用户)。关于这一点，可以参考图5的时隙结构。

一方面，根据本发明，如果基站30有空闲容量，其中有没被占用的时隙，基站30就可以让移动台10选用至少有两个连续时隙未被占用的信道。例如，如果时隙2和3未被占用(见图5、6A和6B)，基站30就让移动台10选用时隙2，并开始在时隙2和时隙3中发射数据给移动台10，其中时隙3的数据是时隙2的数据的一个重复。基站30还通知移动台10接收并使用时隙3里的数据(如果需要的话)。如果一个新用户需要占用时隙3(例如在业务信道繁忙的时候)，基站30就通知移动台10再也无法使用时隙3，移动台10则转换到普通的时隙接收方式。

在图6A中，可以看出基站10有多个语音/FACCH数据发生器30A～30C(最好是用软件来实现)，每一个都给三个用户使用，模块30D将这些数据发生器的时隙输出合并成一个TDMA帧。它还有一个射频部分30E跟天线31连接。在这一实例中，开关SW将用户2的数据发生器30B断开。在这种情况下，时隙1和2都用来发射用户1的数据A，从而在时隙2里重复时隙1里的数据，见图6B。

移动台10自动地判断是不是有一个新用户占用了在此以前该移动台发射重复数据的时隙，这一方式属于本发明的范围。例如，如果移动台10正在它自己的时隙和额外的时隙，时隙2和时隙3，中接收信号，而且发现两个时隙中正确译码的数据都相同，移动台10就假定时隙3是时隙2的重复。但如果两个时隙的译码都正确无误，但发现数据不同，那么移动台10就可以判定时隙3里的数据是给另一个用户的，从而终止接收时隙3的数据。

再一方面，按照本发明工作的移动台10能够正确地进行移动辅助切换(MAHO)测量，这通常是在RX和TX时隙中的等待期间里完成的(见图4A～4E和图5)。移动台10在收到它自己的时隙之后，发射时隙之前，(大约5ms后)完成MAHO测量，见图4A。由于移动台的频率综合器需要一段时间稳定下来，不对移动台10进行大的改变，要想接收额外的重复时隙(图5中实例的时隙3)中所有的数据是不现实的。

为了解决这一难题，可以改变移动台10的工作方式，让它在另一个频率上发射数据(TX时隙)的同时对接收信道取样，并将MAHO信道接收推迟到以后再进行(例如在TX时隙或者下一帧以后，见图4B)。

还可以只在启动了DTX(不连续发射)的情况下接收这额外的时隙，这意味着TX时隙不用于发射，MAHO取样也是在收到了额外的时隙以后才进行(见图4C)。

既然可以全部收到重复时隙，而不会损害MAHO过程，将本发明跟DTX方式一起使用就可以得到最好的总效果，因此是最佳实施方案。

只接收这一额外时隙的部分数据仍然属于本发明的范围(在美国TDMA系统里接收时间达5ms的数据)，然后在TX时隙以后完成MAHO取样(见图4D)。

在GSM系统里进行MAHO测量不是一个问题，因为GSM时隙的长度只是帧长度的大约1/8(图4E)，而这一额外的时隙可以在等待时间里接收(这一帧里的6/8-MAHO取样时间)。应当再一次指出，可以只在需要的时候接收这一额外的时隙。在移动台10中判断接收还是不接收额外时隙的判据实例可以是主时隙(例如时隙2)数据的误码率(BER)、误字率(WER)以及CRC故障中的一个或者几个。

可以按照图4F和4G描述的方式处理额外的时隙数据。例如，在图4F中，通过位检测从时隙里选择出码元(位)，对于整个时隙里，或者检测器40中的每一位，这些码元给出更好的信号质量。在图4G中，为每一码元(位)计算出两个时隙信息的平均(和)。也可以从两个时隙中选择给出正确的数据CRC和/或较低误码率的数据(时隙)。

现在更详细地讨论图4A～4G，图4A说明的是美国TDMA系统中数字业务信道上时隙2里移动台10的正常时序。RX时隙、MAHO时隙和TX时隙属于不同的物理频率。图4B说明RX和TX可以同时工作。如果在1.8ms内频率综合器可以稳定到MAHO频率上，然后再回到RX时隙，那么第一个测量的MAHO取样(M)是在TX时隙以后立即进行的。另一个选择是只有在不需要接收以下时隙的情况下才(按正常的时序)进行MAHO取样(误码率-0％)。图4C说明的是在第二个TX时隙时间里TXC没有启动(用箭头表示)，从而可以接收后续时隙(时隙3)的这种情况。此时，MAHO取样可以在接收下一个主RX时隙之前进行。图4D说明的是只对随后时隙(3)的一部分进行取样用于译码过程的这种情形。这一时序图要求频率综合器同时稳定到TX和RX频率上去，但不要求同时具有RX和TX功能。这一MAHO取样要求频率综合器的稳定时间很短，除非只在不需要时隙3时才进行MAHO取样。图4E中的时序图说明时隙长度比帧长度短(例如1/7)的这种情形(类似于有1/8个时隙/帧结构的GSM情形)。如果没有足够的时间同时接收TX和MAHO，就可以接收时隙3中额外的接收数据。

图4F说明为两个时隙中的每一位选择最好的质量这种情形。如果第二个时隙(时隙3)中只有少许时隙，就可以选择其它时隙数据进行译码。维特比译码器42还可以选择更好的译码结果，也就是两个质量缓冲器40C和40D中BER更小的那一个(假设两个时隙的译码都是成功的)。

最后图4G说明译码器42如何通过将两个时隙的取样质量加起来从而进行取样选择。负值表示位1质量，正值表示位0质量。这个值越大(正的或者负的)这一判决就越安全。信道译码器(例如维特比译码器42)可以很容易地更正(绝对)质量值相对较小的剩下的(可能的)错误(译码器40不太安全的判决)。信道译码器还可以对收到的数据字译码，这些数据字来自(这两个)单个的时隙质量，从而保证从时隙2和3收到的数据相同。如果对时隙2的数据进行的译码过程非常成功，没有任何误码，就可以放弃对其它时隙质量的译码，以节省电力。

总之，如果检测器40为维特比计算提供更好(更加可靠)的质量值，维特比译码器42就会工作得更好。如果两个时隙的CRC校验都给出正确的结果(在维特比译码以后，见图3A)，但这两个时隙里的这些数据不同，移动台10就可以断定这额外的时隙数据是给另一个用户的，就象前面讨论的一样。这种检查对于安全性和其它原因是必要的。

在这一方面，本发明的优点包括，它跟现存美国TDMA(IS-136)规范兼容，它是一个更灵活的实施方案，不需要对信道译码进行大的修改，以及不需要对移动台10或者基站30进行硬件设计的更改。还有，关闭/打开这一功能不会给信令带来明显的额外损失，信号好的时候，或者DTX低状态下，使用这一发明可以很容易地用移动台10(如果不需要)进行控制(省电)。

还可以利用本发明的这一特点来接收当前规范里已经是重复了的某些控制消息。有关的实例包括快速随路控制信道也就是FACCH，它是在业务信道里发送的，或者控制信道的寻呼消息。对于控制信道寻呼消息这种情况，主要的超帧内容都在第二个超帧里重复。如果移动台10不能对发送的第一个时隙和重复时隙译码，它就可以求出这两个时隙软信息的和/平均，从而改善寻呼消息的接收状况。类似的方法也可以用于GSM系统。控制信道接收状况的改善可以非常显著，因为控制信道对衰落更加敏感，其原因是控制信道采用的是帧内交织，以及半速率卷积编码。

对于业务信道情形，可以充分利用这种方法的控制消息有FACCH消息，就象IS-136.2里表3.7.3.1.3.2-1所描述的那样。如果已经收到的帧的软信息不满足某些预先确定的可靠性门限值，就不重复FACCH帧，就象当前规范里规定的那样，而是由移动台10产生和向基站30发送一个差错确认消息，这也属于本发明的范围。此时，基站30可以只重新发送差错确认消息里指定的消息。

还可以在数据传输(电路交换和分组数据)中使用本发明的这一方法，就象IS-130.1无线电链路协议中所描述的那样。

此外，应当认识到，可以采用一个以上的重复时隙，以及相应地增加存储寄存器的个数。

介绍了本发明的第一个方面以后，下面将参考图7～15来介绍本发明的第二个方面。

通过进行介绍，首先应当指出，文献中已经有许多不同的编码方法。一种有效的编码方法是编码和调制的组合，例如栅格或者分组编码调制。

这一技术的一种扩展是空间-时间编码调制(STCM)，其中最简单的普通STCM系统有两个发射几天线(在基站里)，它们都是同时用相同的频率发射信号。每一个分集支路都有它自己的调制码。跟两付天线都发射完全相同的调制码一样，如果调制码选择适当，就可以获得可观的增益。发射分集支路的个数可以是无限的。

可以扩展这一技术，将它用于重复时隙，这里两个时隙包含相同的信息，但编码不同，也就是说，时间-时间编码调制(TTCM)。如果采用了时隙重复，在时隙间采用不同的调制码就无法使频带变窄。TT编码可以看成先编码，然后再交织到两个时隙里去。

可以预期将来的移动台能够同时发射和接收(多时隙接收机)。同样，可以采用一个以上的时隙重复，因此分集支路数可以大于2。

人们知道，分集增益对分集支路的幅度相关非常敏感。在慢衰落情形里，如果重复两个连续的时隙，得到的增益会很低，就象下面会看到一样。这是因为这两个连续的时隙之间具有很好的相关性。在数据传输应用里，时间延迟常常不是一个制约因素，而相关性则可以通过在时隙之间采用更长的延迟而降低。需要付出的代价是接收机里需要容量更大的存储器。对于语音应用，比一个TDMA帧或者块长的时间延迟一般都是不现实的。

为了帮助理解本发明的这一点，假定只使用了一个重复时隙，首先没有任何编码差别，然后将采用TTCM作为一个实例。

在本发明的上述方面，考虑了检测后的合并算法。然而，可以用任意的分集算法来检测重复时隙。只要使用了重复时隙里的信息，就能得到分集增益。

一般将分集接收机算法分成合并算法和选择算法两种。

在合并算法里，判决的基础是所有分集支路的合并结果，而这些支路可以按照某种准则(例如信号强度、信号质量)进行加权。下面介绍一个具体合并算法的仿真结果，并假定它是最有效、最实用的实施方案。

在选择算法里，根据某种规则从许多分集支路中选出一支。在某些情况下，甚至随机选择一个分集支路都能获得分集增益。在分集支路之间进行的选择可以是针对例如，时隙或者码元甚至一个一个比特进行的。

虽然有许多不同的分集算法可以跟重复时隙的检测一起使用，但下面的介绍只针对合并算法进行。但是，本领域里的技术人员会认识到，还可以采用其它的算法。

还有，下面只考虑平坦衰落信道。但是可以很容易地将接收机结构(图8)扩展到频率选择性信道里去(均衡器)。

下面介绍一个合适的算法：

使以下度量最小：

Γ = Σ_{i = 1}^{L} k_{i, k} {| y_{i, k} - c_{i, k} {\tilde{d}}_{i} |}^{2}

其中的Γ是一个最小度量，k_i，k是合并算法里的一个权，y_i，k是时刻k从分集支路(时隙)i收到的取样，c_i，k是一个相应的信道估计，

是时隙i的一个试验码元，L等于重复时隙数。接收机搜索给出最小度量的试验码元组合。

在本发明的其它实施方案里，可以采用其它的算法从一个以上的时隙里合并信息，本发明并不局限于上面介绍的算法。

此外，参考图15，在相干8PSK调制方式中，发射的码元可以取8个可能的相位中的一个。上面的等式估计的是所有这些可能的码元的误差距离。该算法实际上是这样的：

1.测量发射的码元0的距离

2.测量发射的码元1的距离

……

8.测量发射的码元7的距离

在这一算法里，参考第1条和图15，试验码元是码元0＝→；在第2条中试验码元是码元

；等等。

可以按照本发明上述第一个方面的方式来应用分集接收机。首先检测到一个收到的时隙，如果它有一个允许的代码字，就接受它。其次，检测重复时隙，如果它包含允许的代码字，就接受它。或者用一种分集方式检测重复时隙和第一个时隙。

关于编码，在本发明的上述第一个方面里，在随后的时隙里重复发射同样的数据。这是获得所需分集增益最简单的方法。然而，根据本发明的这一方面，对STCM进行进一步的修改，以获得更高的分集增益。可以将修改过的STCM叫做TTCM(时间-时间编码调制)。这一修改可以看成是编码然后交织到两个时隙里去这两种方式的组合。有几个TTCM编码可能性。对8PSK调制(图9)码简单重复发射的仿真给出了大约1.5dB的增益，却没有使频带变窄，也没有增加复杂性。对于所有的数字调制方法，TTCM概念是可以扩展的。注意，有存储的编码会带来更高的分集增益，但它的代价是增加了接收机的复杂程度。

还可以将两个时隙(也就是第一个时隙和重复时隙)用作单一一个，拥有最初的比特数的更长的时隙，但其中用于信道编码的比特数明显多得多。预计这种扩展了的“更重的”信道码的编码增益将超过TTCM的增益。

概述了本发明的这一个方面以后，下面详细介绍优选实施方案。仿真系统模型的基础是IS-136系统，更具体地说是当前正被建议的IS-136的一个增强型版本(TIA IS-136，修订版C)。在这一系统建议里，正向时隙跟图14一样，它是用8PSK调制方法调制的。然而应当指出，本发明并不是只局限于这一具体的调制类型，而是可以用于许多其它类型的调制，例如π/4-相移DQPSK调制。

参考图7，其中是一个简化的IS-136仿真模型。有两个随机的二进制信号源“时隙1数据”和“时隙3数据”。TT编码调制器110表示一个时间-时间编码器和一个8PSK调制器组合。假设帧格式器112用于产生IS-136数字业务信道(DTCH)帧。TX滤波器114是一个滚降因数为0.35的平方根提升余弦滤波器，就象IS-136所规定的一样。信道块116表示的是一个频率平坦的瑞利衰落信道。假设衰落谱是一个经典的Jakes谱。接收机118表示接收信道116的输出的接收机(见图8)。

在工作过程中，用两个不同的时隙发射时隙1的数据两次。如上所述，这两个时隙离得越远，接收机分集支路幅度之间的相关性就越差。而在仿真的时候，为了简单起见，使用了两个连续的时隙。两个时隙之间的相关可以从慢速衰落中看出。将第三个时隙里的数据简单地调制成规则的8PSK信号。TT编码调制器块110完成这两个时隙的时间-时间编码(第一个时隙和重复时隙)，并将二进制数据调制成8PSK信号(图9)。在8PSK信号的星座图中，相近的星座点只相差一个比特，也就是说这一星座图是一个格雷码。将被调制数据提供给帧格式器112，然后提供给滤波器114，在这里信号经过平方根提升余弦滤波器以后发射出去。应当指出，TT编码调制器110和帧格式器112的顺序可以根据实施方案的不同而进行改变，而得到的结果不变。

接收机118对这两个连续时隙进行联合检测。这一联合检测最好用最大比率合并(MRC)方式进行。在仿真中，信道状态信息(CSI)是已知的，于是使用的接收机对于已知信道来说处于最佳状态。这意味着下面讨论的结论对被仿真的两个TT码来说都是最优的。实际上，接收机的性能会略有下降，因为它必须估计CSI。最初的信道估计是从时隙中已知的数据段得到的。如果跟衰落速度比起来时隙较长，那就可以采用判决引导的或者盲信道估计算法，或者一些其它的合适算法。

图8说明了分集接收机118的当前优选结构，它包括第一个和第二个信道估计器118a、118b和一个联合检测器118C。联合检测器118c可以直接输出硬判决，而不是在上面介绍的本发明的第一个方面里的软判决。然而有许多技术可以用来进行信号检测，例如前面参考图3B公开的检测后合并技术。按照图8所示的方法，对发射的两个时隙完成联合检测，接收机118是不是成功地采用了TT编码并不重要。

图12A～12F，下面将把它们统一称作图12，说明的是本发明一个时间分集实施方案的仿真结果，其中在图12A、12B、12C的仿真中，采用了图10的接收码，而在图12D、12E、12F的仿真中，采用了图11的时间-时间(TT)码。

图11描述的是本发明一个实施方案里的时间-时间(TT)码，其中码元0被转换到时隙1里的码元0，时隙1被转换到时隙2里的码元0，时隙1被转换成时隙1里的码元1，码元5被转换成时隙2等等。重新转换偶数位的码元，也就是码元0被转换成时隙1的码元0和时隙2的码元4，码元1被转换成时隙1的码元1和时隙2的码元1，等等，会得到同样的结果。但应当指出，由于不言而喻的原因，将偶数位和奇数位的码元同时重新转换将不会那么有效，得到的分集增益会跟图10所示的简单重复一样。

还对天线切换分集进行了仿真。在每一附图的右上角都有一个图例，其中tt码＝0，antd＝1表示在仿真中没有使用图11的tt码，但使用了天线分集，而dd＝1，antd＝0则表示在仿真中使用了图10中的简单重复码，但没有使用天线分集。还对平坦衰落环境里的8PSK调制信号进行了仿真，但为了进行比较，没有进行任何编码。这些工作特性曲线代表了tt码或者dd＝0以及antd＝0这种情形。所有的仿真结果都是针对10000个IS-136全速率帧进行的。当使用时隙重复时，移动台得到的能量增益是3dB，因为两次它都收到同样的时隙。同样，在图12里，无论什么时候采用了时隙重复，也就是采用了tt码或者dd，都会从结果中减去3dB，也就是说图中画出的只是分集增益。因此，应当牢记，在这种情况下移动台得到的实际增益比图12所示的增益高3dB。

应当指出，在这些情形中信道是已知的，同样，时隙格式对结果没有任何影响。假设的时隙格式是包括130个数据码元的162个码元时隙。这暗示着这一仿真的置信度极限为2.5*10^-5的误码率(BER)。在这些仿真中没有对信道进行编码。

对平坦衰落下本发明的算法和8-PSK的性能进行了比较。仿真结果说明在慢速衰落情形中，也就是在较低的频带里而且速度较慢，连续时隙之间的相关性很好。在这种情况下，时隙重复所能给出的最优分集增益只是大约1dB。而tt码的使用增加了发射的码元之间的距离。同样，tt码比简单重复发射要好1.5dB。当衰落速度变快时，分集增益会提高，直到饱和。本发明中算法的性能是在各种衰落速度下仿真的。在各种衰落速度下，图13说明了图10和图11中这两种码所能获得的分集增益。这些结果中可以增加3dB的能量增益。

图13说明TTCM将简单重复码的分集增益提高了1.5dB，而没有损失任何带宽，也没有增加复杂性。这里的TTCM码没有任何存储。但就象前面所说明的那样，让时间-时间码有存储会进一步地提高分集增益，但接收机的复杂性会增加。

总之，采用本发明的这一方面：(a)在低速的情况下用较长的时间延迟可以得到较低的相关性；(b)通过编码可以提高分集增益；和(c)可以使用两个以上的分集支路。

可以用两种方法来提高性能。既然总的说来软判决不是最优的，就会有一些信息损失。如果采用判决引导的信道估计，信道估计变化就依赖于码元差错率。如果检测是分开进行的，信道估计将会有很大的码元差错率。然而，按照本发明的这一方面，如果对两个分集支路进行联合检测，就会因为存在分集增益而明显地降低码元差错率。

在仿真过程中，研究了干扰和噪声有限平坦信道中合并算法的性能。对于8公里每小时的速度，跟一个时隙检测比较，800MHz载波有4dB的增益。如果将重复的总发射功率加倍，就会得到1dB的分集增益，采用TTCM还会得到另外的1.5dB增益。对于100公里每小时的速度，1900MHz载波的总增益为大约9.5dB，这意味着分集增益为6.5dB。要记住，这一系统的复杂性只是增加了一点点，增益的这一提高非常重要。

一般而言，一方面，本发明中重复时隙可以是原始时隙的副本。重复的次数越多，时间差越大，分集增益就越高。另一方面，本发明中的STCM被修改，修改后叫做TTCM。根据本发明的这一方面，重复时隙是用不同的码编码的，因而在分集增益以外又获得了编码增益。

例如，参考图16，可以看出可以使用N个TT码调制器和有关的交织器来提供原始的时隙和N-1个原始时隙的重复，重复时间时隙里的信息用不同的方式编码。

利用本发明许多不同的技术可以节省电力。例如，参考图17，接收机可以检测重复时隙，直到CRC校验通过(或者直到收到预先确定个数的时隙)。如果在收到预定个数重复时隙以前CRC校验就通过了，就可以禁止接收和/或检测随后的时隙，从而节省电力。又例如，参考图18，如果CRC校验没能通过，就可以将新收到时隙的功率跟前面收到的时隙的功率合并，以便改善检测性能。还有其它的可能。例如，可以接收两个时隙并进行合并，还可以对合并的时隙进行CRC校验。

已经介绍了许多不同的检测技术，例如用一个联合检测器和一种选择技术，将软判决加起来或者合并起来。还可以采用其它的检测技术。此外，就象前面说明了的那样，使度量最小化的上述算法可以换成另一种技术，从而完成联合检测，合并一个以上的时隙里的信息。这就是说，在本发明的其它实施方案里，可以采用其它的算法来合并一个以上的时隙里的信息，本发明并不局限于这里介绍的算法。

因此，尽管说明本发明的时候涉及到了许多优选实施方案，但本领域里的技术人员应当明白，可以在形式上和细节上改变这些实施方案，而不会偏离本发明的范围和实质。

Claims

1.在包括一个基站和一个移动站的无线电电话系统里的一种方法，包括以下步骤：

基站向移动台发射一个时隙和这个时隙的一个重复；

选择性地接收这些时隙，检测每一个时隙里的软信息，并提供软信息的一个组合给信道译码器；和

用软信息组合进行信道译码。

2.改善TDMA移动台接收机性能的一种方法，包括以下步骤：

接收具有时隙帧结构的业务/控制信道消息；

对第一个时隙进行解调然后进行软判决译码；

储存第一个时隙的软信息；和

随后将储存的软信息跟从随后收到的整个或者部分第二个时隙的软信息一起使用。

3.权利要求2的一种方法，其中的随后使用步骤是在收到的第一个时隙是不是有错误的基础上有选择地完成的。

4.权利要求2或3的方法，其中的随后使用步骤是根据收到的信道误码率有选择地进行的。

5.权利要求2，3或4的方法，其中的随后使用步骤是根据至少一个规则有选择地进行的，如果没有进行随后使用的步骤，该方法就包括至少在接收第二个时隙的那一段时间里让移动台进入省电状态的步骤。

6.权利要求2至5中的任一权利要求的方法，还包括对第一个或者第二个时隙中的一个或者第一个和第二个时隙的组合中选择出来的软信息进行译码的步骤。

7.权利要求2至6中任一权利要求的方法，还包括移动台确定第二个时隙是否包括第一个时隙里的信息的重复的步骤，如果移动台断定第二个时隙包括的不是第一个时隙里的信息的重复就不执行其中的随后使用步骤。

8.权利要求2至7中任一权利要求的方法，其中只在不连续发射(DTX)模式中才接收第二个时隙。

9.权利要求8的方法，还包括收到第二个时隙后进行移动辅助切换测量的步骤。

10.权利要求2至9中任一的权利要求的方法，其中第一和第二个时隙传递的是指定要重复的控制消息。

11.权利要求2至10中任一权利要求的方法，其中第一个和第二个时隙传递一则控制消息，其中只有在移动台说明接收到的第一个时隙的可靠性没有达到预定可靠性时才发射第二个时隙。

12.一种无线电电话系统，包括：

一个基站；和

一个移动台；

所述基站包括一个发射机，用于向移动台发射一个时隙和该时隙的一个重复；和

所述移动台包括一个用来有选择地接收这些时隙的电路，用于检测每一个时隙的软信息，提供这些软信息的一个组合给一个信道译码器，并利用软信息组合进行信道译码。

13.改善TDMA移动台接收机性能的一种方法，包括以下步骤：

基站在时隙帧结构里发射一则控制信道消息；

移动台接收第一个时隙，并进行解调和软判决译码；

储存第一个时隙的软信息；

接收重复控制信道消息的第二个时隙，并对它进行解调和软判决译码；

储存第二个时隙的软信息；和

如果储存的软信息中一个或者两个都低于质量阈值，就发射一个请求给基站，要求重新发射控制信道消息。

14.在包括一个基站和一个移动站的无线电电话系统里的一种方法，包括以下步骤：

基站向移动台发射一个时隙和这个时隙的一个重复；

选择性地接收第一个和第二个时隙，检测每一个时隙里的软信息，并提供软信息的一个组合给信道译码器；和

用软信息组合进行信道译码，与此同时周期性地调整移动台接收机的频率，测量另一个频道的信号强度。

15.控制无线通信系统的一种方法，包括以下步骤：

向一个信道里发射一个时隙和该时隙的一个重复，对发射的每一个时隙都进行了调制，以便传递同样的信息；

用一个分集接收机接收这一时隙和该时隙的重复；

用第一个信道估计器和第二个信道估计器分别解调和处理收到的时隙和该时隙的重复；和

联合检测收到的时隙和这一时隙的重复，从而确定信息。

16.权利要求15的方法，其中的联合检测步骤是按照以下方式进行的：

使以下度量最小：

Γ = Σ_{i = 1}^{L} k_{i, k} {| y_{i, k} - c_{i, k} {\tilde{d}}_{i} |}^{2}

其中Γ是一个最小度量，k_i，k是所选合并算法中的权，y_i，k是在时刻k从分集支路(时隙)i收到的一个取样，c_i，k是一个相应的信道估计，

是时隙i的一个试验码元，L等于重复时隙数。

17.权利要求15或16的方法，其中的发射步骤包括将时间-时间编码调制应用到要发射的信号上去的初始步骤。

18.权利要求15至17中任一权利要求的方法，其中的调制是8PSK调制。

19.权利要求15至18中任一权利要求的方法，其中每一个时隙都包括162个码元，有130个数据码元。

20.一种无线通信系统，包括：

一个基站，该基站包括一个发射机用于向一个信道里发射时隙和该时隙的一个重复；和

一个移动台，该移动台包括一个分集接收机，用于接收时隙和该时隙的重复，该分集接收机包括一个解调器和一个处理器，用于解调然后处理接收到的时隙和该时隙的重复，该处理器包括第一个信道估计器和第二个信道估计器，还包括一个联合检测器，用于对收到的时隙和该时隙的重复进行联合检测，以确定信息。

21.权利要求20的无线通信系统，其中的联合检测是根据以下方法进行的：

使以下度量最小：

Γ = Σ_{i = 1}^{L} k_{i, k} {| y_{i, k} - c_{i, k} {\tilde{d}}_{i} |}^{2}

其中Γ是一个最小度量，k_i，k是所选合并算法中的权，y_i，k是在时刻k从分集支路(时隙)i收到的一个取样，c_i，k是一个相应的信道估计，是时隙i的一个试验码元，L等于重复时隙数。

22.权利要求20的无线通信系统，其中的基站包括一个调制器，用于对要发射的信号进行时间-时间编码调制。

23.权利要求20的无线通信系统，其中的解调器是一个8PSK解调器。

24.权利要求20的无线通信系统，其中每一个时隙都包括162个码元，有130个数据码元。

25.一种无线通信系统，包括：

一个基站，该基站包括一个发射机用于在一个时隙和该时隙的重复时隙里发射信息，该基站包括一个8PSK调制器和对信息进行时间-时间编码的装置，其中每一个时隙都包括162个码元，有130个数据码元；和

一个无线电电话，该无线电电话包括一个接收机，用于接收上述时隙和它的重复，所述分集接收机包括一个解调器和一个处理器用于解调然后处理收到的时隙和它的重复，所述处理器包括第一个信道估计器和第二个信道估计器，以及一个联合检测器，用于对收到的时隙和它的重复进行联合检测，从而提取信息。

26.在包括一个基站和一个移动站的无线电电话系统中的一种方法，包括以下步骤：

基站向移动台发射一个时隙，然后在随后的一个时刻，发射该时隙的至少一个重复；

接收这些时隙；和

合并上述时隙和它的至少一个重复，从而确定发射给移动台的信息。

27.权利要求26的方法，其中的时隙和该时隙的那至少一个重复是用相同方式编的码。

28.权利要求26或27的方法，其中的时隙和那至少一个时隙重复是用不同的方式变的码，从而在时间分集增益以外在提供编码增益。

29.权利要求28的方法，其中的时隙和该时隙的那至少一个重复是用TTCM方式编的码。

30.权利要求26至29中任一权利要求的方法，其中的确定步骤使用了从所述时隙和该时隙的那至少一个重复获得的软码元判决。

31.权利要求26至30中任一权利要求的方法，其中的确定步骤使用了对所述时隙和该时隙的那至少一个重复进行联合检测获得的硬码元判决。

32.用于时分多址(TDMA)通信系统的移动站，其中移动站包括用来有选择地接收时隙和时隙重复的电路，用于从每个时隙中检测软信息的电路，用于向信道检测器提供组合软信息的电路，和用来利用组合软信息执行信道解码的电路。

33.用于时分多址(TDMA)通信系统的移动站，其中移动站包括一个用于接收时隙的一个时隙重复的分集接收机，所述分集接收机包括一个解调器和一个处理器，用来解调然并然后处理接收的时隙和时隙重复，和一个联合检测器，用来根据接收时隙和时隙重复来执行联合检测以确定包含在其间的信息。

34.用于时分多址(TDMA)通信系统中的基站，其中基站包括一种用来根据相邻空闲时隙的装置。