CN1282472A

CN1282472A - 数据传输的方法和无线电站

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Publication number: CN1282472A
Application number: CN98812380A
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: 1997-10-17
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2001-01-31
Also published as: US6381260B1; JP2001521327A; AU1224399A; KR20010024525A; EP1023789A1; DE19746083C1; WO1999021315A1

Abstract

为了在无线电通信系统中经无线电接口传输数据,至少一个用户信号被传输,该信号被施以一独有的精密结构,并且除数据部分中的数据符号外,该用户信号还含有一具有已知符号的中间序列,在此,数据部分的精密结构和中间序列的精密结构不同。在发射端,产生的信号,它含有被施以不同精密结构的信号部分。和信号在至少一个发射滤波器中被滤波,并经传输信道传输至正在接收的无线电站。控制装置控制加法以便信号部分不同的衰减通过滤波被补偿。该方法尤其适用于具有一单一或可变数据速率的移动站,并且适用于在第三代TD/CDM移动无线电网中使用的基站。

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DE 197 33 336中公开了利用CDMA用户分隔(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隔(TDMA时分多址)。在接收端应用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端调谐无线电站。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。

在发射端，含有若干中间序列或含有一个或多个可借助于一独有的精密结构区分的数据部分的若干无线电字组被相加，并在发射前被数字和/或模拟地滤波。在演示器的模拟实验中，在滤波后观察到信号部分的非均匀形变。因此在接收端，这导致数据传输接收质量的波动。

基于本发明的任务在于，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，此方法和无线电站改善数据传输。通过具有权利要求1特征的方法和具有权利要求16特征的无线电站解决此任务。从从属权利要求中获知有利的进一步扩展。

在无线电通信系统中为了经无线电接口传输数据，至少传输一个用户信号，该用户信号被施以一独有的精密结构，并且除数据部分中的数据符号外，该用户信号还含有一具有已知符号的中间序列，在此，数据部分的精密结构和中间序列的精密结构不同。在发射端，产生一和信号，它含有被施以不同精密结构的信号部分。该和信号在至少一个发射滤波器中被滤波，并经传输信道传输到正在接收的无线电站。控制装置控制加法使得信号部分的不同衰减通过滤波被补偿。

本发明基于通过滤波各个信号部分的衰减明显不同(在一AWGN信道中多达2dB)，而导致形变的知识。对于滤波或对于特定传输信道中的传输特性，精密结构不是全部具有相同的特性。接收质量的波动可借助于按照本发明用于信号部分的受控加法的措施减少。

本发明一有利扩展涉及一移动站。如果只有一个用户信号被传输至基站，则加法以这种方式进行，滤波后数据部分和中间序列的和信号的平均功率近似相等。于是信号部分由中间序列和数据部分形成，在此，使用CDMA码扩展的情况下两部分的精密结构不同，并由此导致不同的衰减。这是所不希望的，由于为两个信号部分设定的发射功率意在保证足够的接收。按照本发明的方法正在发射的移动站中已经减小和信号的形变。

对于必须使用可以以低成本制造的放大器装置就能工作的移动站，一恒定包络特别重要，因为对放大器装置的动态要求可被降低。按照本发明的一个扩展，和信号被作为一个时隙中的一无线电字组传输，在此平均功率以这种方式设定，无线电字组得到一恒定包络。数据部分和中间序列之间不同的衰减被调整。中间序列和数据部分之间的功率比的设定有利地基于一恒定的动态范围。这意味着，在为整个无线电字组预定的动态范围内，对于改善的传输，中间序列或数据部分的发射功率以适当的方式设定。

对于使用可变数据速率或使用不同传输业务的移动站，以及对于基站，至少两个用户信号经无线电接口传输。按照本发明的一种有利的扩展，用户信号的加法以这种方式进行，在各个用户信号的可与独有的精密结构相关联的不同的衰减被补偿。在这种情况下，信号部分由用户信号的不同的数据部分形成，它们同样通过滤波被不同地形变。在加法中适当的功率调节导致在滤波器输出端的用户信号功率比值对应于所需要的关系。

按本发明的一种有利的进一步扩展，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端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的，而是对于所有的连接进行中间序列用的发射功率的调节。该措施简化加法及形成无线电字组的实施。

按照本发明的一种有利的进一步结构，为了补偿衰减，信道值被储存，该信道值被分配给形成独有的精密结构的扩展码的独有的滤波决定的衰减。这些信道值在控制和信号的功率时被考虑。信道值描述例如与中间序列相比不同扩展码的相对衰减。如果滤波器条件不随时间变化，那么因此，在相加时数据部分可分别被施加一固定的信道值。

在无线电站中用于一组扩展码的信道值或者被测量并存储；或者扩展码的信道值与扩展码的选择被共同传输，并且随后被存储于无线电站中。如果所用扩展码的数目相对较小第一种解决方案是有利的，而第二种解决方案提供较大的灵活性。

有利的是在信道值中附加地包括正在接收的无线电站中传输信道和/或接收滤波器的衰减。传输信道和接收滤波器同样导致信号部分的不同的畸变。也对这些依赖于精密结构的衰减在发射端补偿附加地改善传输质量。用于接收端的一种特别有利的检测算法是一种所谓的JD检测算法。对于这种算法，信道值同样考虑到不同的处理增益的影响是有利的。在同一时间对衰减补偿的这些改进使得正在发射的和正在接收的无线电站之间的功率调节对干扰具有较小的敏感性和较小的易干扰性。

按照本发明的一些有利的扩展是为某些无线电小区环境预先计算信道值。信道条件可用典型的信道模型描述，例如AWGN(加性高斯白噪声)，RA(郊区)，TU(典型城市)，BU(坏城市)。无线电小区可分配给这样的信道模型。可为这些信道模型预先计算各个扩展码的衰减，并可作为信道值分配给无线电小区以进一步使用。如果使用AWGN信道模型计算信道值，则功率调整导致扩展码在室内和室外区域具有相同的性能。在这些无线电小区环境中直接波传播占主导地位。如果为TU信道或BU信道进行最佳化，则为经受大量多路传播的无线电小区环境提供衰减补偿。

按照本发明一种有利的扩展，衰减也可以这样补偿，即对于有TDMA组分的无线电接口为一时隙选择一组精密结构，该组精密结构在所有的用户信号中产生近似的相同的衰减比。在加法和形成无线电字组时附加的计算复杂性可被减少，甚至完全避免。

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为移动无线电网中用于数据传输的信息技术模型的示意图，

图5为无线电站的发射机的方框电路图，

图6为无线电站的接收机的方框电路图，

图7为存储于无线电站中的信道值的表格，

图8为具有一个用户信号的无线电字组的功率比，以及

图9为传输前和传输后，具有三个用户信号的无线电字组的功率比。

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MS(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示意性地示出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。每个数据信道DK1..DK4代表一个用户信号。

操作和维护中心OMC实现对移动无线电网或对其部分的监控和维护功能。该结构的功能性由按照本发明的无线电通信系统使用；但是，该功能性同样可被转用到可以使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)采用空间的用户分隔。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正在接收的移动站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。频段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用户信号。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dt组成，在这些数据符号中插入了带有在接收端已知的中间序列m的段。这些数据d是连接独有地用精密结构，用扩展码(CDMA码)扩展的，使得在接收端，例如数据信道DK1，DK2，…DKK是通过这些CDMA组分可以分隔的。在发射端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)。

数据d的各个符号以Q个码片的扩展促使，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之内将相继的时隙ts按帧结构分组。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，并且重复地由一组用户信号来利用。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。

图4示出用于数据传输的信息技术模型。数据由信源传输到信宿。来自不同放大级和滤波器的所有发射端影响在发射滤波器中被检测。接收滤波器在另一侧组合了模拟和数字接收器组件的全部滤波和放大功能。在下面内容中发射滤波器和接收滤波器的影响被假设为不随时间变化。如果这不能充分满足要求，则后面所描述的信道值必须按时修正用于补偿。

取决于无线电小区的环境，移动无线电网中的传输信道可被分类为RA，TU或BU信道，并可具有不同的频率选择性等级。但是，按统计上的平均值，此传输信道可由一恒定的传输功能(白噪声)模拟。这导致发射和接收滤波器的频谱形式按统计平均值保持不变。取决于无线电小区环境的频率选择性，这些影响是瞬时条件的不同表示。

使用JD数据检测用演示器进行TDMA/CDMA传输方法的实验示出，CDMA码的频谱特性在这里所述情况中有下列行为：

-即使在JD数据评估器的输入端的信道条件相同，各个CDMA码也将经受不同的衰减，并且

-JD数据评估对不同的CDMA码产生不同的处理增益。

如在下文中将要描述的，这种增益在通过不同用户信号的功率匹配而不是通过跳码(code hopping)抵消。

图5和图6所示的发射机和接收机涉及的无线电站既可以是一基站BS也可以是一移动站MS。但是，所示出的仅是用于一个连接的信号处理。

按图5的发射机接收数据源(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MOD 4-PSK中调制倒频的数据，将倒频的数据转换成4-PSK符号，并且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(功率控制)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：

S_{q + (n - 1) Q}^{(m)} = Σ_{k = 1}^{k (m)} d_{n}^{(k, m)} c_{q}^{(k, m)},

式中q=1..Q，n=1..N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。

紧接在数字式的信号处理之后，在发射装置TX中在发射端在DA转换器AW中进行数/模转换，在发射滤波器SF滤波被传输进入发射频带，并且信号在HF部分HF-T中被放大。随即经天线装置发射发射信号，并经传输信道到达接收无线电站，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。从长度为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，而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。

带有用户信号，即包括数据部分dt和中间序列m信号部分的无线电字组的功率比在图8中示出。求和网络S以这种方式加权数据部分dt中的数据符号d和中间序列m，即无线电字组的平均功率固定不变。当存在许多用户信号时，如图9所示的功率设定以这种方式进行，即中间序列m的平均功率大于数据部分的平均功率。大量的用户信号同时在数据信道DK1，DK2，DK3的频率信道中传输，在此每一数据信道各有一固定的包络。中间序列m的平均发射功率的增加在这种情况下基于数据信道DK1，DK2，DK3的数目。

在接收端，在接收装置RX中的模拟处理，即HF部分HF-T中放大之后，是在接收滤波器EF中滤波，转换至基带，在AD转换器ADW中模/数转换，随后在数字式低通滤波器DLF中进行接收信号e的数字式低通滤波。将通过长度L=M*W的矢量em代表的和数据部分不含有任何干扰的接收信号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的标准化。对于所有的用户信号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。

在发射端和接收端通过控制装置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dt和中间序列m的发射功率的调节，以及对信道评估的要求。

特别是，考虑到图7中所示的信道值11..18，控制装置SE影响求和网络S中数据符号d的重叠。因此可为不同的数据信道DK1，DK2设置数据符号d的加权。控制装置SE同样控制无线电字组发生器BG，并由此设置每个符号的能量。每个扩展码表示一个数据信道TCH 1..8，它从属于一个信道值11..18。信道值11..18补偿发射滤波器SF，CIF，放大器装置HF-T和传输信道的各独有的衰减偏差。选择性地，对于每个扩展码，接收端的衰减也可被单独考虑。在这种情况下，衰减补偿或者可附加地在接收机中进行，或者接收机的型号标志可被传输至发射机，以便其衰减值可被包括在信道值11..18中。

图8示出一单个移动站MS的平均发射功率的无线电字组内的功率比。在此争取充分地利用发射装置TX内的放大装置提供的动态范围，但是同时在数据部分dt和中间序列m之间外加的动态成为不必要的。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。

图9示出，数据信道DK1，DK2和DK3中的用户信号的功率比通过无线电传输相互之间不改变，由于在相加时精密结构独有的衰减通过适当的功率调节被消减。

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．用于在无线电通信系统中经无线电接口传输数据的方法，

在此，经无线电接口至少传输一个用户信号，该信号被施以一独有的精密结构，并且除数据部分(dt)中的数据符号(d)外，该用户信号还含有一具有已知符号的中间序列(m)，在此，数据部分(dt)的精密结构和中间序列(m)的精密结构不同，

其中，在发射端，

产生一和信号(s)，它含有被施以不同精密结构的信号部分(dt，m，DK1，DK2)，

和信号(s)在至少一个发射滤波器(SF，CIF)中被滤波，并经一传输信道传输至正在接收的无线电站(MS，BS)，

在此，加法通过控制装置(SE)以这种方式控制，信号部分(dt，m，DK1，DK2)的不同的衰减通过滤波被补偿。

2．按权利要求1所述的方法，其中

只有一个用户信号从移动站(MS)传输至基站(BS)，并且加法以这种方式进行，使得数据部分(dt)和中间序列(m)的和信号(s)的平均功率在滤波后近似相等。

3．按权利要求1或2所述的方法，其中

和信号(s)作为一个时隙(ts)中的一个无线电字组传输，在此平均功率以这种方式设定，使得无线电字组得到一恒定的包络。

4．按上述权利要求之一所述的方法，其中

中间序列(m)和数据部分(dt)之间功率比的设定基于一固定的动态范围。

5．按权利要求1所述的方法，其中

至少两个用户信号经无线电接口传输，并且用户信号的加法以这种方式进行，使得各个用户信号的可与独有的精密结构相关的不同的衰减被补偿。

6．按权利要求5所述的方法，其中

公用中间序列(m)被用于大量的用户信号。

7．按权利要求5或6所述的方法，其中

正在发射无线电站为一基站(BS)，并且用户信号被传输至不同的移动站(MS)。

8．按上述权利要求之一所述的方法，其中

信道值(11..18)被存储，这些信道值被分配给形成独有的精密结构的扩展码(c)的独有的滤波决定的衰减，并且这些信道值(11..18)在控制和信号(s)的功率时被考虑。

9．按权利要求8所述的方法，其中

在一无线电站(MS，BS)中用于一组扩展码(c)的信道值(11..18)被测量和存储。

10．按权利要求8所述的方法，其中

扩展码(c)的信道值(11..18)与扩展码(c)的选择被共同传输给一无线电站(MS，BS)，随后信道值(11..18)被存储于无线电站(MS，BS)中。

11．按权利要求8至10之一所述的方法，其中

将传输信道和/或接收滤波器(EF，DLF)的衰减包括在信道值(11..18)之内。

12．按权利要求8至11之一所述的方法，其中

用于特定的无线电小区环境的信道值(11..18)被预先计算。

13．按权利要求12所述的方法，其中

信道值(11..18)用AWGN信道模型，TU信道模型或BU信道模型计算。

14．按权利要求8至13之一所述的方法，其中

信道值(11..18)考虑用JD检测算法的在接收端不同处理增益的影响。

15．按上述权利要求之一所述的方法，其中

无线电接口含有一TDMA元件，并且为时隙(ts)选择一组精密结构以便用户信号被限定为近似相同的衰减比。

16．用于在无线电通信系统中经无线电接口传输数据的一种无线电站(MS，BS)，

含有一求和网络(S)，用于被施以不同精密结构的信号部分(dt，m，DK1，DK2)的加法，以形成和信号(s)，

含有至少一个发射滤波器(SF，CIF)用于和信号(s)的滤波，以及

含有一控制装置(SE)用于控制加法，在此，信号部分(dt，m，DK1，DK2)的不同的衰减通过滤波被补偿。

17．按权利要求16所述的无线电站(MS，BS)，在移动无线电网中构成为移动站(MS)。

18．按权利要求16所述的无线电站(MS，BS)，在移动无线电网中构成为基站(BS)，

含有一发射装置(TX)用于传输至少两个经无线电接口的用户信号，以及

含有一以这种方式设计的求和网络(S)，使得各个用户信号的可从属于独有的精密结构的衰减被补偿。