CN1282471A

CN1282471A - 数据传输的方法和无线电站

Info

Publication number: CN1282471A
Application number: CN 98812275
Authority: CN
Inventors: S·巴赫伦伯格; P·W·贝尔; D·埃默; J·施莱; T·韦伯; J·迈耶
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-10-16
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2001-01-31
Also published as: AU1660099A; WO1999020011A1; EP1023790A1

Abstract

在无线电通信系统中经一个无线电接口传输至少两个数据信道。这些数据信道是通过一个独有的扩展码可以区分的。在数据信道中外加于数据符号地传输具有已知符号的中间序列,在此,中间序列的平均发射功率是大于数据符号的平均发射功率的。本方法尤其适合于在第三代TD/CDMA移动无线电网中的应用。

Description

数据传输的方法和无线电站

本发明涉及用于经无线电通信系统中的，尤其是移动无线电网中的无线电接口数据传输的一种方法和一种无线电站。

在无线电通信系统中借助于电磁波传输信息(例如语音，图像信息或其它数据)。在此，利用位于为各系统安排的频带中的载频进行电磁波的发射。在GSM(全球移动通信系统)上载频位于900MHz范围中。对于未来的无线电通信系统，例如对于UMTS(通用移动电信系统)或第三代的其它系统安排了约2000MHz频带中的频率。

基于通过由于地球曲率和类似物的反射、绕射和辐射产生的损失，使得发射的电磁波衰减。因此在接收的无线电站上供支配的接收功率下降。这种衰减是与地点有关的，并且在移动的无线电站上也是与时间有关的。

在发射和接收无线电站之间存在着经其借助于电磁波进行数据传输的无线电接口。从DE197 33 336中公开了利用CDMA用户分离(CDMA码分多址)的一种无线电通信系统，无线电接口在此附加地具有时分复用用户分离(TDMA时分多址)。在接收方面应用JD方法(联合检测)，以便在知晓多个用户的扩展码条件下进行所传输数据的改善的检测。在此已知的是，经无线电接口可以给一个连接分配至少两个数据信道，在此每个数据信道是通过一个独有的扩展码可区分的。

从GSM移动无线电网中已知将传输的数据作为无线电字组(突发脉冲串)来传输，在此在一个无线电字组之内传输具有已知符号的中间序列。从训练序列的意义上可以将这些中间序列用于在接收方面调谐无线电站。正在接收的无线电站借助于中间序列进行评估不同传输信道用的信道脉冲应答。

在这些无线电通信系统中，在存在噪声时导致信道评估时的评估差错。这些评估差错在数据评估的检测算法中传播，并且如果在一个时隙中照管8个移动站的话，这些评估差错在移动站上引起至少1dB的和在基站上引起至少3dB的检测质量的恶化。在低的信噪比时检测质量的恶化还更重要。

基于本发明的任务因此在于，提供用于在无线电通信系统中数据传输的一种方法和一种无线电站，此方法和无线电站对检测质量的恶化起反作用。通过具有权利要求1特征的方法和具有权利要求15特征的无线电站解决此任务。在从属权利要求中获知有利的进一步发展。

在一个无线电通信系统中经一个无线电接口传输至少两个数据信道。这些数据信道是通过一个独有的扩展码可以区分的。在一个数据信道中附加于数据符号传输具有已知符号的一个中间序列，此中间序列的平均发射功率在此大于数据符号的平均发射功率。

通过提高中间序列的发射功率，在接收侧改善信道评估和数据评估。由于为发射的无线电站中的发射装置，必须给比平均发射功率大得多的峰值功率准备就绪相应的余地，因此可以容易地实施此解决方案。

按本发明的一种有利的进一步发展，对于多个连接仅采用一个中间序列。因此对于每个连接在接收侧仅分析处理中间序列的一部分。在此情况下不是基于一特定连接地，而是对于所有的连接进行中间序列用的发射功率的调节。也通过此措施简化实施。

按本发明的另一种有利的进一步发展，已经在发射机上重叠一个连接的至少两个数据信道的数据符号。这意味着，在发射机中一次生成数据信道用的中间序列，并且在发射之前借助于高频波，有利地作为数字式信号叠加数据信道的数据符号。因此取消了否则为了平行处理和发射不同数据信道的信号是必需的可观的工作量。

为了减少工作量，叠加具有相同加权的数据符号，在此当然可以考虑连接的不同功率等级。因此可以相同地优化一个连接的或整个无线电接口的所有数据信道和它们的数据符号。对此另可选择地将具有比第二类数据符号较高加权的第一类数据符号叠加。通过此较高的加权用每个数据符号较高的信号能量发射和因此在接收机上较好地接收第一类数据符号，意即第一类数据符号也会是以较大的精度可检测的。第一类数据符号可以是例如相对于语音信息是应较好保护的信令信息。

在不同连接的数据符号加权时，有利地考虑每个连接所需的信号能量。因此位于基站附近的移动站比通向其余移动站的连接需要较小的信号能量。数据符号的这样的加权减少对相邻无线电小区的干涉。

按本发明的另一种有利的进一步发展，中间序列的平均发射功率是大约以数据信道数目的比例大于数据符号的发射功率。如果以恒定的包络发射每个数据信道的话，则能够采用低成本制造的放大器。在此数据部分峰值发射功率之和应该相当于中间序列的峰值发射功率。因此在数据部分和中间序列之间，通过较大的动态范围就不会出现附加的要求。动态范围提供通过信号放大而未失真地可放大信号的功率范围。

此外属于本发明范围的是，在中间序列和数据符号之间的，每个符号的平均功率的比例是可调节的。因此可以将此比例与具体地传输条件适配。如果在接收的无线电站上的信道评估在恶化，则进一步提高中间序列用的发射功率。

此外有利的是，在接收侧进行中间序列的分析处理用于信道评估，在此，所评估的脉冲应答长度是可调节的。如果仅评估一个短的信道脉冲应答，则可以同时传输较大数目的信道脉冲应答，意即经无线电接口传输较大数目的连接。另一方面，通过调节较长或较短的信道脉冲应答可以较好地考虑具体地地形条件(例如狭湾或高山由于强烈离散的信号渡越时间需要长的信道脉冲应答)。

按本发明的另一种的有利发展，在接收侧进行中间序列的分析处理用于信道评估，在此中间序列的长度是可以调节的。在简单的地形条件下(直接的传播路径)仅需评估短的信道脉冲应答，由此可以相应地加长数据部分。因此增大可传输的数据速率。如果存在着特别困难的信道条件，则可以在牺牲数据速率的条件下增大中间序列的长度。在缩短中间序列时，中间序列的平均发射功率大约以中间序列长度的比例变得大于数据符号的平均发射功率。因此对于信道脉冲应答的噪声功率的通过缩短的中间序列引起的放大起反作用。

数据信道具有不同的数据速率也是可能的。因此，经过无线电接口仅传输一个单一数据速率的数据信道是不必要的。此时在构成无线电接口时得到大的灵活性。

在接收侧有利地以中间序列对数据符号的功率比例进行对通过信道评估确定的信道脉冲应答的标准化。因此甚至在改变了的中间序列用的功率调节时，信道脉冲应答保持恒定。

为了选择经济的放大器装置，根据恒定的动态范围调节中间序列和数据符号之间的功率比例是有利的。可以利用一个存在的动态范围用于如此从事在中间序列和数据符号之间的功率比例的调节，使得提高中间序列用的发射功率。这进一步改善信道评估。

一种其它的有利特征在于，无线电接口外加地含有一个TDMA组分，使得在一个时隙中传输由中间序列和数据符号组成的一个有限的无线电字组。在下行方向上有利地采用比在上行方向上较短的中间序列长度。因此可以在下行方向上无质量损失地增大数据速率，因为在仅一个应分辨的连接时信道评估工作量是较小的。恰恰在此情况下中间序列用的功率提升是有利的。

借助于附图详述本发明的几个实施例。

在此所示的

图1为移动无线电网的方框电路图，

图2为无线电接口的帧结构的示意图，

图3为无线电字组的构造的示意图，

图4为无线电站的发射机的方框电路图，

图5为无线电站的接收机的方框电路图，

图6为在一个无线电字组之内的功率比例的示意图。

图1中所示的无线电通信系统在它的结构方面相当于由许多移动交换站MSC组成的已知的GSM移动无线电网，这些移动交换站是相互间联网的，或建立通向固定网PSTN的通道。此外这些移动交换站MSC是与每次至少一个基站控制器BSC连接的。每个基站控制器BSC又使通向至少一个基站BS的连接成为可能。这样的基站BS是可以经无线电接口建立通向移动站MS的无线电连接的无线电站。

图1中示意性地表示了用于在三个移动站MS和一个基站BS之间传输有用信息ni和信令信息si的三个无线电连接，在此给一个移动站MS分配了两个数据信道DK1和DK2，并且给另外的移动站MS各自分配了一个数据信道DK3或DK4。操作和维护中心OMC实现对移动无线电网的或移动无线电网的部分的监控和维护功能。由按本发明的无线电通信系统利用此结构的功能性；但是此功能性也可以转用到可以利用本发明的其它无线电通信系统上。

基站BS是与例如由三个单个发射器组成的天线装置连接的。单个发射器中的每一个定向地发射到由基站BS服务的无线电小区的一个区域中去。可是也能够另可选择地采用较大数目的单个发射器(按照自适应的天线)，使得也可按SDMA方法(空分多址)采用空间的用户分离。基站BS提供关于天线装置的所有单个发射器的结构信息供移动站MS支配。

在基站BS和移动站MS之间带有有用信息ni和信令信息si的连接受到一种多路径传播，通过外加在直接传播路径的，例如在建筑物上的反射引起这种多路径传播。

如果人们从移动站MS的运动出发的话，多路径传播则与其它的干扰一起导致，一个用户信号的不同传播路径的信号分量在接收的移动站MS上重叠。此外出发点在于，不同基站BS的用户信号在接收地点重叠成一个频率信道中的一个接收信号rx。接收的移动站MS的任务在于，检测在用户信号中传输的有用信息ni的数据d，信令信息si和结构信息的数据。

从图2中可以看出无线电接口的帧结构。按照TDMA组分安排了将一个宽带的频段，例如带宽B=1．6MHz划分为多个时隙ts，例如8个时隙ts1至ts8。频宽B之内的每个时隙ts形成一个频率信道。在为了有用数据传输安排的频率信道之内以无线电字组传输多个连接的信息。按照FDMA(频分多址)组分给无线电通信系统分配了多个频段B。

按照图3用于有用数据传输的这些无线电字组由带有数据符号d的数据部分组成，在这些数据符号中插入了带有在接收侧已知的中间序列m的段。这些数据d是连接独有地用精密结构，用扩展码扩展的，使得在接收侧，例如数据信道DK1，DK2，DK3，……DKK是通过这些CDMA组分可以分离的。在发射侧对于每个符号给这些数据信道中的每一个分配某个能量E(功率调节)。

具有Q个码片数据d的各个符号的扩展促使，在符号持续时间Ts之内传输持续时间为Tc的Q个子段。Q个码片在此形成独有的扩展码。中间序列m由同样持续时间为Tc的L个码片组成。此外在时隙ts之内安排了持续时间Tg的保护时间guard，用于补偿相继时隙ts的连接的不同的信号渡越时间。

在宽带频段B之内按帧结构分组相继的时隙ts。因此将8个时隙ts汇总成一个帧，其中帧的某个时隙形成用于有用数据传输的一个频率信道，并且重复地由一组连接来利用。不在每个帧中，却在一个规定的时刻在一个复帧之内插入例如用于频率同步或时间同步的其它频率信道。

无线电接口的参数例如如下：

无线电字组的持续时间 577μs

每个中间序列m的码片数目 243

保护时间Tg 32μs

每个数据部分的数据符号N 33

符号持续时间Ts 6．46μs

每个符号的码片Q 14

码片持续时间Tc 6/13μs

在上行(MS→BS)和下行(BS→MS)方向上也可以不同地调节参数。

按图4或图5的发射机或接收机涉及既可以是基站BS也可以是移动站MS的无线电站。可是仅展示一个连接用的信号处理。

按图4的发射机接受数据源(拾音器或网络侧的连接)的事先数字化了的数据符号d，在此分开处理具有各N=33个数据符号d的两个数据部分。首先在卷积编码器Fc中进行比率1/2和约束长度5的信道编码，随即紧跟着在交织器I中用4或16的倒频深度的倒频。

随后在调制器MOD4-PSK中调制倒频的数据，将倒频的数据转换成4-PSK符号，和随即按独有的扩展码在扩展装置SPR中扩展倒频的数据。在一个数据处理装置DSP中对于一个连接的所有的数据信道DK1，DK2平行地进行这种处理。未表示的是，在一个基站BS的情况下，同样平行地处理其余的连接。通过由控制装置SE控制的数字式信号处理器实施数据处理装置DSP。

在求和网络S中重叠数据信道DK1和DK2的扩展的数据，在此在这种重叠时数据信道DK1和DK2经受相同的加权，并且如此加权中间序列m，使得中间序列m的峰值功率相当于数据部分的总和峰值功率。通过适当地调节的加权可以符合各个连接的不同传输条件。按下式可以进行第m个用户用的发射信号s的时间上离散的表示：

在此K(m)是第m个用户的数据信道的号码，而N是每个数据部分的数据符号d的数目。将重叠的用户信号输送给一个无线电字组形成器BG，此无线电字组形成器在考虑连接独有的中间序列m的条件下汇编无线电字组。

由于采用从二进制的CDMA码通过与j^q-1相乘导出的复数的CDMA码，连接到无线电字组形成器BG上的码片脉冲滤波器CIF的输出信号是GMSK调制的，并且如果连接只利用一个数据信道时，输出信号拥有一种大致恒定的包络。码片脉冲滤波器CIF用一个GMSK主脉冲进行卷积。可是对于整个无线电字组也实现一种恒定的包络。

紧接在数字式的信号处理之后，在发射装置TX中在发射侧进行数/模转换，传输进入发射频带和信号放大。随后经天线装置发出发射信号，并且发射信号必要时经不同的传输信道到达接收的无线电站，例如移动站MS。

对于每个连接在此利用由L个复数码片组成的独有的中间序列m。从长度M×W的基础中间序列码导出必要的M个不同中间序列，在此M是用户(连接)的最大数目和W是信道脉冲应答h值的所期望的最大数目。通过基础中间序列码向右旋转W×m码片和在周期性地延伸至L＞(M+1)×W-1码片之后，导出连接独有的中间序列m。由于通过用j^q-1的调制从二进制的中间序列码导出复数的基础中间序列码，中间序列m的发射信号同样是GMSK调制的。

图6a中展示了无线电字组的功率比例。求和装置如此加权数据部分数据符号d和中间序列m，使得无线电字块中的峰值功率是恒定的。这意味着，中间序列m的平均功率是大于数据部分的平均功率的。通常出现这种情况，因为在频率信道中同时传输多个数据信道DK1，DK2，并且两者有一个恒定的包络。

中间序列m的平均发射功率的提高在此相当于数据信道的数目(例如4或8)。然而，为了在接收侧进一步改善信道评估，是可能超出此比例之外地进行提高的(请参阅图6b)。当在一个传输方向上(在下行方向上)采用缩短的中间序列m时，这则是特别有利的。在此功率比例也考虑中间序列长度缩短的尺寸。

在接收侧在模拟的处理，意即放大，滤波，转换入基带之后，进行接收信号e的在数字式低通滤波器DLF中的数字式低通滤波。将通过长度L=N×W的矢量em代表的和不含有数据部分干扰的接收信号e的一个部分传送给信道评估器KS。

按DE197 34 936进行所有M个信道脉冲应答h的信道评估，然而却按照中间序列m的功率提升进行信道脉冲应答h的标准化。对于所有的连接共同实施在联合检测数据评估器DS中的数据评估。在数据信道DK1和DK2的数据符号d的检测之后，进行在解调器DMO中的解调，在解交织器DI中的解倒频和在卷积译码器FD中的信道译码。

在发射侧和接收侧通过控制装置SE控制数字式信号处理。控制装置SE尤其控制每个连接的数据信道DK1，DK2的数目，数据信道DK1，DK2的扩展码，当前的无线电字组结构，数据部分和中间序列m的发射功率的调节，以及对信道评估的要求。

尤其通过控制装置SE在求和网络S中影响数据符号d的重叠。因此可以调节不同数据信道DK1，DK2的数据符号的加权。除了相同加权之外也可以较高地加权一个第一类(例如信令信息)的数据符号d。通过控制装置SE同样控制无线电字组形成器BG，并且因此调节每个符号的能量。

图6展示对于峰值和平均发射功率的在一个无线电字组之内的功率比例。在此争取充分利用发射装置TX之内的放大装置提供的动态范围，但是同时在数据部分和中间序列m之间没有外加的动态成为必要的。如果在放大装置中存在动态储备，则可采用它用于提高中间序列m的发射功率。

通过中间序列m的功率提高在接收侧改善信道评估，使得随后的数据检测也提供较可靠的结果。如果在信道评估时进行评估值后处理，意即如果将具有小于规定阈值的功率的信道系数设置为零，则可实现外加的增益。

数据速率的一种其它的影响在于，不从恒定的无线电字组结构出发，而是通过控制装置SE安排无线电字组的改变。可以使中间序列m的长度与地形条件适配。在复杂的地形条件下，例如在高山或狭湾中，在牺牲数据部分的情况下加长中间序列m的长度。在简单的地形条件下，例如在平原上，可以缩短中间序列m。

在实施例中介绍的具有FDMA，TDMA和CDMA联合的移动无线电网是适合于对第三代系统的要求的。它尤其适合于在对其只需少量改动工作量的现有GSM移动无线电网中的实施。

Claims

1．用于经无线电通信系统中的无线电接口数据传输的方法，

在此方法上经无线电接口传输至少两个数据信道(DK1，DK2)，

这些数据信道(DK1，DK2)是通过一个独有的扩展码可以区分的，

在一个数据信道(DK1，DK2)中外加在数据符号(d)上地传输具有已知符号的一个中间序列(m)，

在此，中间序列(m)的平均发射功率是大于数据符号(d)的平均发射功率的。

2．按权利要求1的方法，

在此方法上对于多个连接采用一个中间序列(m)。

3．按以上权利要求之一的方法，

在此方法上在发射机上重叠一个连接的至少两个数据信道(DK1，DK2)的数据符号(d)。

4．按权利要求3的方法，

在此方法上在发射侧用相同的加权重叠数据符号(d)。

5．按以上权利要求之一的方法，

在此方法上中间序列(m)的平均发射功率是大约以数据信道(DK1，DK2)数目的比例大于数据符号(d)的平均发射功率的。

6．按以上权利要求之一的方法，

在此方法上在中间序列(m)和数据符号(d)之间的每个符号的平均功率的比例是可以调节的。

7．按以上权利要求之一的方法，

在此方法上在接收侧为了信道评估进行中间序列(m)的分析处理，在此，中间序列(m)的长度是可以调节的。

8．按以上权利要求之一的方法，

在此方法上在接收侧以中间序列(m)对数据符号(d)的功率比例进行通过信道评估确定的信道脉冲应答的标准化。

9．按以上权利要求之一的方法，

在此方法上缩短中间序列(m)，并且中间序列(m)的平均发射功率是大约以中间序列长度的比例大于数据符号(d)的平均发射功率的。

10．按以上权利要求之一的方法，

在此方法上数据信道(DK1，DK2，DK3)具有不同的数据速率。

11．按以上权利要求之一的方法，

在此方法上根据恒定的动态范围调节中间序列(m)和数据符号(d)之间的功率比例。

12．按以上权利要求之一的方法，

在此方法上如此进行在中间序列(m)和数据符号(d)之间的功率比例的调节，使得提高中间序列(m)用的发射功率。

13．按以上权利要求之一的方法，

在此方法上在基站(BS)和移动站(MS)之间的无线电接口外加地含有一个TDMA组分，使得在一个时隙(ts)中传输由中间序列(m)和数据符号(d)组成的一个有限的无线电字组。

14．按以上权利要求之一的方法，

在此方法上在下行方向上比在上行方向上采用较短的中间序列长度。

15．用于经无线电通信系统中无线电接口数据传输的无线电站(MS，BS)，

具有用于向一个频率信道分配至少两个数据信道(DK1，DK2)的一个控制装置(SE)，

-在此每个数据信道(DK1，DK2)是通过一个独有的扩展码可以区分的，并且

-在一个数据信道(DK1，DK2)中附加在数据符号(d)上传输具有已知符号的中间序列(m)，

具有用于调节发射功率的求和装置(S)，在此中间序列(m)的平均发射功率是大于数据符号(d)的平均发射功率的。