CN1273719A - 数据传输的方法和无线电站 - Google Patents

Abstract

按照本发明在无线电通信系统中传输数据的方法为了传输无线电数据块将无线电接口分成为时隙。其中在一个时隙中将数据在数据信道中传输,此时通过单独的扩展编码数据信道是可以区别的,由数据符号和至少一个具有已知符号的中间部分组成的有限长的无线电数据块是用于在一个数据信道中进行数据传输的。至少确定无线电接口通信条件的一个参数和对应于通信条件调整中间部分长度与具有数据符号数据部分长度之比。本方法特别适合于使用在第3代TD/CDMA移动无线电通信网上。

Description

数据传输的方法和无线电站

本发明涉及到在无线电通信系统中，特别是在移动无线电通信系统中数据传输的方法和无线电站。

在无线电通信系统中将信息(例如语言、图象信息或其它数据)借助于电磁波进行传输。其中是用载波频率进行电磁波发射，这些载波频率处于为各个系统预先规定的频带上。在GSM中(全球移动通信系统)载波频率处于900MHz频域范围。对于未来的无线电通信系统，例如UMTS(万能移动无线电通信系统)或者其它的第三代系统，将频率安排在频带为2000MHz。

由于反射、折射和由于地球曲率发射的损失被发射的电磁波受到阻尼。因此在接收无线电站所提供使用的接收功率降低。这个阻尼是与地点有关，并且在移动无线电站上也与时间有关。

在发送和接收的无线电站之间存在一个无线电接口，经过这个接口借助于电磁波进行数据传输。从DE 195 49 158中已知一种无线电通信系统，这种系统利用了CDMA-用户分类(CDMA码分多址)，其中无线电接口附加地有一个时分多址-用户分类(TDMA时分多址)。在接收方使用联合检测法(联合检测)，当知道多个用户的扩展编码时改善了被传输数据的检测。此时已知，经过无线电接口的一个连接至少可以分配两个数据信道，此时用一个单独的扩展编码可以区别每个数据信道。

从GSM移动无线电通信网络中已知，用无线电数据块(脉冲串)将被传输的数据在时隙内传输，其中将具有已知符号的中间部分(mittambel)在无线电数据块内传输。其意义为训练顺序的这个中间部分可以被利用作为无线电站接收方的调制用。接收的无线电站借助于中间部分对不同传输信道的信道脉冲响应进行评估。中间部分的长度与通信条件无关，而是固定定义的。

对于这样的无线电通信系统可以共同评估的信道脉冲响应数代表容量限制的系数。因为中间部分的符号数是有限长的，并且一个信道脉冲响应不可能无限的短，可以共同评估的信道脉冲响应数是有限的，并且因此共同经过无线电接口传输的数据信道数也是有限的。

以下本发明的任务是，给出经过无线电接口数据传输的一种方法和一个无线电站，这些可以比较好地充分利用无线电接口的无线电技术资源。此任务是通过权利要求1特征的方法和权利要求11特征的无线电站解决的。本发明有利的扩展结构可以从从属权利要求中获悉。

按照本发明在无线电通信系统中数据传输的方法，为了传输无线电数据块将接口分成时隙。其中在一个时隙中将数据在数据信道上传输，此时数据信道用一个单独的扩展编码是可以区别的。使用由数据符号和至少一个具有已知符号的中间部分组成的有限长的无线电数据块在数据信道中进行数据传输。至少确定通信条件的一个参数，并且对应于通信条件调整中间部分长度与具有数据符号的数据部分长度之比。

因此通过加长中间部分可以取消对可评估信道脉冲响应的限制，并且因此可以取消在一个时隙中可传输的连接的限制。如果加长中间部分，则可以传输较多数量的连接。另一方面当每个时隙中只有较少的连接时可以缩短中间部分，则可以将时隙中的较大部分用于传输数据符号。中间部分长度的可调性也适用于在一种连接类型的数据信道内的无线电数据块(有用信息，信令信息，管理信息，存取无线电数据块)。按照有利的本发明的扩展结构通信条件的参数为：

-在时隙内的连接数，和/或

-在无线电小区内的地区分级，和/或

-在时隙内的传输质量。

现在的和/或所希望的每个时隙的通信条件数考虑了可评估的信道脉冲响应数。

地区分级考虑了单个无线电小区的特点。这样在高山地区或海峡地区应该观察不同传输路径的信令时间的强散射，因此应该评估一个长的信道脉冲响应。在连接数不变时应该将中间部分加长。在平坦的，很少有建筑物的无线电小区中相反可以使用短的信道脉冲响应，并且因此使用短的中间部分。地区分级可以安排(通过网络规划)或者从无线电接口的现实测量数据中推导出来。

将传输质量，例如比特故障率等，可以使用作为信道评估质量的评估参数。如果被评估的信道脉冲响应现在的长度不够时，这导致数据检测质量变坏。通过相应地改变中间部分与数据部分之比可以起到相反的作用。

如果将中间部分长度动态地与时隙中的连接数和与准备评估的信道脉冲响应的长度相匹配，则平均地提高了无线电接口的频谱效益。

按照本发明扩展的有利特征是，与时间有关地调整中间部分与具有数据符号的数据部分之比。这意味着，从现实的和/或所希望的无线电接口的通信条件出发对中间部分进行匹配。从而将无线电数据块结构没有很大时间延迟地与通信条件相匹配。通过基站或通过其它网络部件可以进行这种控制。

调整中间部分长度与具有数据符号的数据部分的长度之比可以有选择或附加地根据无线电小区单独地和/或根据时隙单独地进行。无线电小区与无线电小区之间和时隙与时隙之间的通信条件是变化的，如果匹配不是在网络范围而是单独地进行时，则应提高无线电通信系统的柔性。

此外在本发明的框架内，在一个时隙中所使用的中间部分是从一个共同的中间部分基础编码中推导出来的。因此在发送方和接收方特别容易产生中间部分，并且信道评估可以对所有其中间部分是由一个共同的中间部分基础编码推导出来的连接共同进行。

这是有利的，多个数据信道对应于一个连接，此时使用少于数据信道数的一个中间部分数。因此减轻了信道评估的费用。此外提高了每个时隙可能的数据信道数，因为多个数据信道使用同一个中间部分，并且受容量限制的信道评估不会影响数据信道。同样在本发明的框架内，具有不同中间部分长度的数据信道有不同的数据率。每个时隙的数据符号部分在变化，因此可以产生不同的数据率。然后例如可以通过转换到所谓的半传输率运行可以继续进行质量保持不变的语言传输。

借助于附图详细地叙述本发明的实施例。

附图为：

附图1  移动无线电通信网的框图，

附图2  无线电接口的帧结构简图，

附图3  无线电数据块的结构简图，

附图4  不同的无线电数据块的结构简图，

附图5  将连接分配到时隙的策略简图，

附图6  一个无线电站的发送站的简图，

附图7  一个无线电站的接收站的简图。

在附图1上表示的无线电通信系统在其结构上对应于已知的GSM-移动无线电通信网，这个移动无线电通信网是由很多相互联成网络的以及与固定网PSTN建立入口的移动交换站MSC组成的。此外这些移动交换站MSC与各自至少一个基站控制器BSC相连。每个基站控制器BSC有可能又与至少一个基站BS相连。一个这样的基站BS是一个无线电站，这个无线电站经过无线电接口可以建立与移动站MS的无线电连接。

在附图1上示范地表示在三个移动站MS与一个基站BS之间传输有用信息ni和信令信息si的三个无线电连接，其中将两个数据信道DK1和DK2分配给一个移动站MS，和各自将数据信道DK3以及DK4分配给其它的移动站MS。运行和维护中心OMC实现移动无线电通信网及其部件的监控和维护功能。这种结构的功能性被按照本发明的无线电通信系统所利用；然而这种功能性也可以移置到其它无线电通信系统中，在其中可以使用本发明。

基站BS与一个天线装置相连接，这个天线装置例如是由三个单独发射器组成的。每个单独发射器的发射瞄准由基站BS供应的无线电小区的一部分。然而也有可能使用比较多数目的单独发射器(根据相匹配的天线)，这样也可以按照SDMA方法使用空间的用户分类(空间分多址)。

基站BS提供给移动站MS关于停留区(LA停留区)和关于无线电小区(无线电小区标志)的管理信息。将这些管理信息同时经过天线的所有单独发射器发射。

在基站BS与移动站MS之间与有用信息ni和信令信息si的连接是经过多路径发射，这些例如是在直接发射路径之外由建筑物反射引起的。通过天线装置一定的单独发射器的定向发射比全方位发射产生比较大的天线效益。通过定向发射改善了连接质量。

如果移动站MS移动时，则多路径发射与其它干扰一起导致在接收的移动站MS上的用户信令在不同发射路径上的信令成分在时间上重叠在一起。此外从这点出发，不同基站BS的用户信令在接收地点在一个频道上重叠为一个接收信令rx。接收的移动站MS的任务是检测在用户信令上被传输的有用信息ni的数据d、信令信息si和管理信息数据。

从附图2中可以了解到无线电接口的帧结构。按照TDMA构成要素安排了将宽带频域，例如将带宽为B＝1.6MHz分成多个时隙ts，例如8个时隙ts1至ts8。在频域B内的每个时隙ts构成一个频道。在为了传输有用数据安排的频道内，用无线电数据块传输多个连接的信息。按照FDMA(频分多址)构成要素多个频域B是对应于无线电通信系统的。

按照附图3这些用于有用数据传输的无线电数据块是由具有数据符号d的数据部分组成的，在其分段上置入了接收方已知的中间部分m。数据d是连接单独的用一个细结构，一个扩展编码扩展的，这样接收方例如K数据信道DK1、DK2、DK3，...DKK通过这个CDMA构成要素是可以分离的。发送方每个符号的一定能量E对应于每个数据信道DK1、DK2、DK3，...DKK。

将数据d的单个符号用Q芯片扩展的作用在于，在符号周期Ts内将周期Tc的Q子段传输。其中Q芯片构成为单独的扩展编码。中间部分m是由同样周期为Tc的L芯片构成的。此外在时隙ts内安排了周期为Tg的保护时间guard用于补偿连续的时隙ts中的连接的不同的信令运行时间。

在宽带频域B内连续的时隙ts是按照帧结构分类的。这样将8个时隙ts综合为一个帧，其中帧的一定的时隙构成为用于传输有用数据的频道和返回后又被一组连接所利用。例如与移动站MS频率同步或时间同步的其它频道不在每个帧内，而是在预先规定的时间点上被输入给多帧内。这些频道之间的距离决定了无线电通信系统所能提供使用的容量。

例如无线电接口的参数如下：

一个无线电数据块的周期    577μs

每个中间部分m的块数       243

保护时间Tg                32μs

每个数据部分N的数据符号   33

符号周期Ts                6.46μs

每个符号Q的块数           14

块周期Tc        6/13μs

在上行方向(MS-＞BS)和下行方向(BS-＞MS)的参数可以调整的不同。

附图4表示数据率的影响。其中不是从一个不变的数据块结构出发，而是从控制装置SE引起数据块结构改变出发的。中间部分m的长度-和因此时隙ts的长度还有中间部分m与数据部分之比不变时-可以与地区条件匹配。在复杂的地区条件时，例如在高山地区或在海峡地区，有损于数据部分或保护时间guard将中间部分m的长度加长。在简单的地区，例如平原可以将中间部分m缩短。有利的是无线电数据块结构的定义与无线电小区有关。然而也有可能，将中间部分长度根据连接单独地进行调整，其中有利的是无线电数据块结构的连接V1、V2、V3对应于一个共同的时隙ts1。

此时中间部分m的长度大约对应于准备评估的信道脉冲响应h的长度w，也就是说在简单地区结构时，信道脉冲响应短，例如w＝3，和在复杂地区条件下信道脉冲响应长，例如w＝7。

对应于在无线电接口上一定的通信条件调整中间部分m长度。这样由控制装置SE决定(必要时按照其它网络组成部分规定：例如按照基站控制装置BSC)与通信条件有关的参数。

通信条件的参数为：

-  在时隙内的连接数M，和/或

-  无线电小区的地区分级G，和/或

-  在时隙内的传输质量Q。

这些参数不仅可以是现实被测量的数值，或者也可能是最后产生的未来的数值，如果其它的连接以及数据信道被分配给一个时隙ts时。

每个时隙的通信条件数M直接影响可评估的信道脉冲响应数。

地区分级G考虑了单个无线电小区的特点。在连接数不变时在高山地区或海峡地区无线电小区的中间部分要加长，并且在平的，很少建筑物的无线电小区的中间部分要缩短。通过网络规划已经考虑了地区分级G。从无线电传输中涉及到信道脉冲响应h的测量数据中进行现实匹配是有可能的。

传输质量Q是由比特故障率代表的，并且说明关于信道评估的质量。如果被评估的信道脉冲响应h现在的长度w不够时，则导致数据检测变坏。通过相应改变中间部分m的长度与数据部分的长度之比可以起到相反的作用。

调整中间部分m与数据符号d长度之比可以使无线电小区单独地对应于地区分级G。在通信条件变化大的无线电小区内，则还要额外进行与时隙有关和与时间有关的调整。

如果具有相似通信条件的连接对应于一个共同的时隙ts，并且将所有连接的这个时隙共同调整到最佳的中间部分长度。与时间有关的考虑了无线电数据块结构的动态匹配，因此无线电数据块结构不需要很长的时间延迟与通信条件匹配。如果中间部分长度动态地与时隙中的连接数M匹配并且与准备评估的信道脉冲响应数长度w匹配，则无线电接口的频谱效益平均地得到提高。

附图5表示无线电接口的TDMA结构的一个帧。将连接VI至V10分配给单个的时隙ts1、ts2、ts3是由网络方进行的。此时应该考虑，每个时隙ts只能共同评估有限的信道脉冲响应数h。这个局限性是由以下原因产生的，信道脉冲响应L包括有块，这些块有用于准确信道评估W系数的信道脉冲响应和代表每个时隙的连接数。可共同评估的信道脉冲种类数h是受不等式L≥M*w+w-1限制的。

因此分配策略考虑了，在每个时隙ts上传输大约相同的连接数。第二方面在每个时隙ts上考虑了中间部分长度，例如在时隙ts2上连接V4至V7有一个比较长的中间部分m，则传输比较多的连接数。

由于多个数据信道DK1和DK2利用共同的中间部分m，有可能在一个时隙ts中传输比较多的数据信道DK1和DK2。这导致了每个时隙ts的数据率的提高，或者导致了在这个时隙ts中可评估信道脉冲响应h(对于复杂的地区结构)的加长。

附图6以及附图7涉及到在无线电站上的发送和接收器，无线电站不仅可以是一个基站BS也可以是一个移动站MS。然而只表示了连接的信号处理。

按照附图6的发送器接收一个数据源的在这之前被数字化的数据符号d(麦克风或网络方的连接)，此时将两个数据部分每个有N＝3个数据符号d分开处理。首先在卷集编码器FC进行信道寻址率1/2和限制长度5，随后在交叉存取I中与频率转换深度为4或16的转换相连接。

被转换的数据随后在调制器MOD4-PSK上调制，转换成4-PSK符号和随后在扩展装置SPR上用相应的单独扩展编码扩展。这个处理是在数据处理装置DSP上对一个连接的所有数据信道DK1，DK2进行的。没有表示的是如果基站BS同时平行处理其余连接的情况。数据处理装置DSP可以通过控制装置SE控制的数字信号处理器进行。

在加法器S上将被扩展的数据与数据信道DK1，DK2相重叠，此时在这种重叠时数据信道DK1和DK2得到相同的加权。第m个用户的发送信令s的时间离散的表示可以按照以下公式进行： $s_{q+(n-l)Q}^{\left(m\right)}=\underset{k=1}{\overset{K\left(m\right)}{\mathrm{\Σ}}}{d}_n^{(k,m)}{c}_q^{(k,m)},$ q＝1..Q，n＝1..N

其中K(m)是第m个用户的数据信道号和N是每个数据部分的数据符号d数。将被重叠的用户信令输入给无线电数据块构成器BG，这个无线电数据块构成器在考虑连接单独的中间部分m的情况下组成无线电数据块。

因为使用复合的CDMA编码，这个编码是由二进制CDMA编码与j^q-1相乘推导出来的，芯片脉冲滤波器CIF的输出信令，这个信令被连接在无线电数据块构成器BG上的GMSK调制和如果连接只使用一个数据信道时有一个大约恒定的包络。芯片脉冲滤波器CIF与GMSK主脉冲进行一个卷集。

在数字信号处理之后发送方进行数字/模拟转换，传输到发送频带和进行信令放大。随后将发送信令经过天线装置发射和必要时经过不同的传输信道到达接收无线电站，例如移动站MS。

此时每个连接利用由L个复合芯片组成的单独的中间部分m。必要的不同的中间部分M是从长度为M*W的基本中间部分编码中推导出来的，其中M是最大的用户数(连接)和W代表信道脉冲响应h的数值所期望的最大数。连接单独的中间部分m是由基本中间部分编码向右回转W×m块和周期地回转到L≥(M+1)*W-1芯片推导出来的。因为复合的基本中间部分编码是由一个二进制的中间部分编码通过j^q-1调制推导出来的，中间部分m的发送信令同样是GMSK调制的。

在接收方的(见附图7)模拟处理以后，也就是说进行放大、滤波、转换为基带，在数字低通滤波器DLP上对接收信令e进行数字低通滤波。将接收信令e的一部分，这是用长度L＝M*W的一个矢量em代表的并且不包括数据部分的干涉，传输给信道评估器KS。所有M信道脉冲响应h的信道评估按照以下公式

h＝IDFT(DFT(em)g)进行，其中

g＝(DFT(sm))^-1。

在联合检测数据评估器DE上的数据评估是对所有的连接共同进行的。将扩展编码用c^(k)将接收数据用d^(k)和将对应的信道脉冲响应用h^(k)代表，其中k＝1-k。

用于数据评估所使用的接收信令部分用矢量

e＝A·d+n描述，其中A是具有a-优先权的已知CDMA编码c(k)和被评估的信道脉冲响应h^(k)的系统矩阵。矢量d是每个数据信道的数据d^(k)的组合按照以下公式： $d=\[d_l^{\left(1\right)},d_l^{\left(2\right)},..d_l^{\left(K\right)}..d_N^{\left(1\right)}..d_N^{\left(K\right)}\]$

对于这些符号排列系统矩阵A有一个频带结构，将这个频带结构利用于减小算法的复杂性。矢量n包括噪声成分。数据评估按照以下公式进行零强制块线性平衡(ZF-BLE)：

d＝(A^*TA)^-1A^*Te。

组成部分有一个连续的数值并且不是数据符号d的操纵的评估数值。为了能够简单的计算d，可以将这个问题转换为一个线性的公式：

(A^*TA)d＝A^*Te。其中按照Cholesky-分解式

A^*TA＝H^*TH在以下两个线性方程解的基础上减少了数据符号d的计算。

H^*Tz＝A^*Te其中H·d＝z

这个方程的解可以递推地进行。H是上三角矩阵和H^*T是下三角矩阵。

这里叙述的数据评估适合于单个的数据部分。此外在数据评估时必须考虑中间部分m与数据部分之间的干涉。将数据信道DK1和DK2的数据符号分开以后在解调器DMO中进行解调，在解交叉存取(Deinterleaver)DI中进行解转换和在卷集解码器FD中进行信道解码。

在发送方和接收方的数字信号处理是由控制装置SE控制的。控制装置SE特别考虑了每个连接的数据信道数DK1、DK2，数据信道DK1、DK2的扩展编码，现实的无线电数据块结构和对数据信道评估的要求。

特别是通过控制装置SE影响在加法器S上数据符号d的重叠。为此可以调整不同数据信道DK1、DK2的数据符号的加权。除了相同的加权以外对第一种数据符号d(例如信令信息)也可以进行比较高的加权。通过控制装置SE同样可以控制无线电数据块构成器BG和因此可以调整每个符号的能量。在数据部分和在中间部分m的每个符号的能量是相等的。在一定的通信条件下也可以将数据部分调整为比较高的加权。

在实施例中介绍的具有FDMA、TDMA和CDMA组合的移动无线电通信网适合于第三代系统的要求。特别适合于在已有的GSM移动无线电通信网上实施，对这个实施只需要很少的更改费用。对于不仅具备GSM标准功能，而且具备所介绍的TD/CDMA标准功能的双工制移动站MS的方案变得容易了。

当使用共同的中间部分时(信道联合)，由于提高了每个时隙的数据率有可能逐步地，例如K次13千位/s，调整可变的数据率。

Claims (11)

1.在无线电通信系统中经过无线电接口传输数据的方法，

在其中

-为了传输无线电数据块将无线电接口分成为时隙(ts)，

-在一个时隙(ts)中的数据信道(DK1，DK2)用一个单独的扩展编码是可以区别的，

-在一个时隙中将数据符号(d)和具有已知符号的至少一个中间部分(m)组成为有限长的无线电数据块进行传输，

-确定无线电接口通信条件中至少一个参数(M，Q，G)，和

-中间部分(m)长度与具有数据符号(d)的数据部分长度之比对应于通信条件是可以调整的。

2.按照权利要求1的方法，

在其中

通信条件参数是在时隙(ts)中的连接数(M)。

3.按照上述权利要求之一的方法，

在其中

通信条件参数是无线电小区的地区分级(G)。

4.按照上述权利要求之一的方法，

在其中

通信条件参数是在时隙(ts)中的传输质量(Q)。

5.按照上述权利要求之一的方法，

在其中

调整中间部分(m)长度与具有数据符号(d)的数据部分长度之比是与时间有关地进行的。

6.按照上述权利要求之一的方法，

在其中

调整中间部分(m)长度与具有数据符号(d)的数据部分长度之比是根据无线电小区单独进行的。

7.按照上述权利要求之一的方法，

在其中

调整中间部分(m)长度与具有数据符号(d)的数据部分长度之比是根据时隙单独进行的。

8.按照上述权利要求之一的方法，

在其中

在时隙(ts)中使用的中间部分(m)是从一个共同的中间部分基本编码(mg)中推导出来的。

9.按照上述权利要求之一的方法，

在其中

多个数据信道(DK1，DK2)对应于一个连接，在其中所使用的中间部分(m)数小于数据信道(DK1，DK2)数。

10.按照上述权利要求之一的方法，

在其中

具有不同中间部分长度的数据信道(DK1，DK2，DK3)有不同的数据率。

11.在无线电通信系统中经过无线电接口传输数据的无线电站

(MS，BTS)，

-其中为了传输无线电数据块将无线电接口分成为时隙(ts)，

具有信号处理装置(DSP)，这个信号处理装置产生有限长的无线电数据块是由数据符号(d)和具有已知符号的至少一个中间部分(m)组成的，

-其中将无线电数据块在一个时隙(ts)中进行传输并且在一个时隙(ts)中的数据信道(DK1，DK2)用一个单独的扩展编码是可以区别的，具有控制装置(SE)用于确定无线电接口通信条件的参数(M，Q，G)并且用于对应于通信条件调整中间部分(m)的长度与具有数据符号(d)的数据部分的长度之比。

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