CN1283349A - 通过无线接口在一个无线通信系统中传输数据的方法和装置 - Google Patents

通过无线接口在一个无线通信系统中传输数据的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及在一个无线通信系统中通过无线接口在下行方向上用于传输数据的方法和装置。在此,一个基站按照时分复用的方法在无线块中在到无线站的下行方向上发送数据。反复的训练序列存在于无线块之间,否则用于传输数据所使用的发送功率减小。该无线站借助于训练序列实现了信道评估。

Description

通过无线接口在一个无线通信 系统中传输数据的方法和装置
本发明涉及通过无线接口在一个无线通信系统，尤其是在一个移动无线通信系统中传输数据的方法和装置。
在无线通信系统中，信息(例如语音、图象信息或者其他的数据)借助于电磁波进行传输。该电磁波的辐射在此通过载频实现，该载频位于用于各个系统所含有的频带中。在GSM(全球移动通信系统)中，该载频位于900MHz的范围内。对于将来的无线通信系统，例如UMTS(通用移动通信系统)或者其他的第三代通信系统，频率是位于大约2GHz的频带内。
该辐射的电磁波根据反射、弯曲和辐射的损耗由于地表弯曲或者类似情况而产生衰减。结果发射功率下降，该发射功率在接收的无线站能够提供使用。此衰减与地点有关并且运动的无线站是与时间有关的。
在发送和接收无线站之间存在一个无线接口，通过它借助于电磁波能够进行数据传输。用户分离在GSM移动无线通信系统中按照时分复用方法，即所谓的TDMA方法(时分多址)实现，该方法可以与频分复用FDMA(频分多址)进行组合使用。
在GSM移动无线通信系统中，例如另外的由J．Biala的“移动无线和智能网络”，Vieweg出版社，1995年，尤其是80和269页，以及P．Smolka的“GSM无线接口-部件和功能”，通信实践，4／93期，17到24页，尤其是图4和5中已知了一个TDMA帧分成8个时隙。通信连接和信令连接的数据作为无线数据块，即所谓的脉冲串在时隙中传输，其中，在一个无线数据块中中间部分以已知的符号进行传输。此中间部分能够以训练序列的含义在接收侧用于调节无线站。该接收侧的无线站借助于中间部分能够进行用于不同的传输信道的信道脉冲应答的评估。因为移动无线信道的传输性能与地点和频率有关，该接收的无线站借助于训练序列对接收信号进行校正。
在GSM移动无线通信系统中使用的TDMA用户分离方法对于信息的传输改进和规范了相对低的数据传输率。对此在将数据传输率分配给一个用户时存在非常受限制的灵活性。
在将来的无线通信系统和尤其是第三代移动无线通信系统中希望存在高的数据传输率和特别的将传输容量灵活地分配给通信连接。另外，其应该能够支持不同的业务和数据传输率的混合运行以及数据传输率和业务量的不对称，例如是在互联网应用中的上行和下行路径。
本发明的任务在于给出用于灵活和动态地配置用于数据传输的时分复用结构的方法和相应的装置。
此任务按照本发明由与权利要求1的特征部分相关的方法和与权利要求13的特征部分相关的装置解决。本发明的有利的改进在从属权利要求中给出。
本发明涉及在一个无线通信系统中通过无线接口在上行方向上用于传输数据的方法和装置。在此一个基站按照时分复用的方法在无线数据块中在上行方向上发送数据到无线站。重复的训练序列存在于无线数据块中，否则用于传输数据所使用的发射功率减小。借助于训练序列该无线站实现了信道评估。
按照本发明的方法的优点是，用于发射器的接通和关断以及用于传输信道的衰减的时间被省略，以此用于数据传输的所利用的时间分量被提高。此方法的其他的优点是传输性能在无线路径上的改变继续通过无线站确定并且能够进行接收信号的校正，以使能够实现例如比移动无线通信系统的移动站构成的无线站更高速度的数据传输。
在本发明的第一结构中实现了由至少两个序列所构成的内插和外插的信道评估。该内插和外插法在此能够用于在无线接口上所出现的多路径延迟的传输时的所有的时间上可释放的部件。此结构具有的优点是传输性能的时间上的变化通过无线数据块由用于无线站所确定的数据进行跟踪，其中通过接收的无线站的外插法，也是受限制的预报通过将来的传输性能能够作用在无线路径上。在两个或者多个训练序列中一个线性的内插和／或外插法是可能的，对此在每个时隙存在三个训练序列时能够进行二次的内插和／或外插。
接收信号的校正的有利的跟踪能够永久地通过无线站实现，其中此信道评估是基于所有的由基站所发射的训练序列实现，并且通过内插和／或外插法在无线路径上确定改变的传输性能。
在本发明的第二个结构中，该训练序列在发射基站的一侧以一个与用于数据的平均发射功率相比较大的恒定的发射功率发射。通过此结构，该无线站通过与停留位置和用于其他的无线站的功率调节无关的传输性能进行精确的信道评估，该无线站的数据在训练序列之间的相同的或者另外的无线数据块中进行传输。另外通过较大的发射功率改进了在无线站中的训练序列接收时的平均信噪比。
在本发明的另外的实施例中，到无线站的第一通信连接的数据和到另外的无线站的另外的通信连接的数据在无线数据块中进行组合。此结构相对于到一个无线数据块的通信连接的僵硬的分配是能够实现传输容量在传输路径上的灵活的分配，该无线数据块在一个在两个训练序列之间的间隔中进行传输。
另外按照此实施例的改进，在无线数据块中的第一个和另外的通信连接的数据的数量根据需要的传输容量进行变化。这能够实现对于单个的通信连接的数据传输率分配的灵活性和动态，以此例如能够实现具有不同的数据传输率的不同的业务的混合运行或者面向数据包和面向连接的混合运行。
另外在这种对于通信连接的传输容量的灵活和动态的分配中，在第一个通信连接的传输间隔中没有使用的传输容量动态地使用用于传输数据的一个或者多个的另外的通信连接，以此在无线路段上的有效的传输容量能够另外有利地提高。
传输容量或者错误保护的另外的提高能够按照本发明的另外的结构还可以通过缩短相比于在通常的多路径传播中使用的训练序列短的训练序列来达到。这能够例如相应于无线蜂窝的大小或者只在无线路段上的较少的目标上实现，以此延迟传播，即最大可能的延迟时间被明显地缩小，通过该时间数据在多路径传播中由接收侧的无线站进行接收。空闲下来的传输容量能够重新另外用于数据的传输或者用于错误的保护。
在本发明的另外的结构中，第一个通信连接的数据具有用于不同的数据段的一个或者多个的编码。作为编码在此可以使用walsh编码，该编码基于它的正交特性和简单的处理非常良好地适合编码的信号。
一个编码序列通过通信连接的数据项的幅值和相位进行加载，以此分别设置给不同的通信连接的多个编码序列同时进行传输。各个具体的时间值的总和随后用于调制要传输的基础脉冲。单独的接收的基础脉冲在接收侧被确定并且正交的编码序列通过编码转换被重新分开。相对于作为分离的数据(基础脉冲)的信息的直接的传输，该编码的优点在于，干扰的平均通过编码序列的长度给出。对于数据的调制可以使用已知的调制方式，例如BPSK、QPSK等等。
如果基站的基础脉冲通过确定的基础脉冲序列时钟发射，该无线站按照另外的结构借助于离散的转换滤波器接收和处理此基础脉冲。通过使用离散的转换滤波器，一个或者多个干扰的基站的基础脉冲在无线站的周围被去除。这在蜂窝的周围实现了在无线站位置上的信噪比的明显的改善。
此离散的转换滤波器能够实现经济的接收装置。根据尺寸和费用，该接收装置在转换滤波器运行时通过该方法非常良好地补偿目前只是近似考虑的传输延迟。
为了传输，原则上可以使用任意的基础脉冲，例如高斯形状或者时间受限制的sin(x)／x形状的基础脉冲以及带宽升高的基础脉冲，该脉冲在最简单的情况下由简单的基础脉冲的序列构成。
本发明的实施例借助于附图进行详细的解释。
图为
图1一个无线通信系统，尤其是移动无线通信系统的方框图，
图2具有在无线站中起作用的用于接收路径的部件的无线站的方框图，
图3离散的转换滤波器的方框图，
图4时分复用方法的结构的示意性描述，
图5按照本发明的时分复用方法的帧结构的示意性描述，
图6按照本发明的帧结构的示意性描述，
图7按照本发明的帧结构的示意性描述，
在图1中描述的无线通信系统在它的结构上相应于已知的GSM移动无线通信网络，该网络由多个移动交换中心MSC组成，其相互组成网络并且建立到固定网络PSTN的接入。另外此移动交换中心MSC分别与至少一个基站控制器BSC相连接。每一个基站控制器BSC能够实现到至少一个基站BS的重新连接。此基站BS是一个无线站，其通过无线接口能够建立到无线站MS的通信连接。此结构的无线资源由无线通信系统按照本发明进行利用。
在图1中描述了在移动无线站MS和基站BS之间的用于传输应用数据和信令信息的第一个通信连接V1。基站BS与例如由单辐射器构成的天线装置AE相连接。每一个单辐射器调准在由基站BS供给的无线小区的一个扇区进行辐射。其也可以替换地使用较大数量的单辐射器(按照匹配的天线)，以使按照SDMA方法(空分多址)能够实现空间的用户分离。
在基站BS中，发射装置SE用于发射数据d到无线站MS，并且装置IM用于在具有数据d的无线块fd之间提供反向的训练序列tseq。在无线站MS之间存在一个接收装置EE，借助于该装置通过训练序列tseq实现信道评估。
在图2中描述了无线站MS的例如的结构，其中只有用于接收路径的相关的部件描述在接收装置EE上。一般形成一个双侧的业务关系，即基站BS和无线站MS分别同时含有一个接收装置EE和一个用于发射数据d的发射装置SE。
通过天线装置AE，接收信号rx被接收并且输入到接收装置EE，该信号通过多路径传播、干扰和延迟受到损耗。从接收信号rx在接收装置EE中，例如通过基带的传输和之后的模／数转换传输数字信号，该信号传输到信道评估器KS。该信道评估器KS与检测器DT相连接并且传导由数字的接收信号rx导出的天线数据z和在信道评估器KS中确定的信道系数h到该检测器。该例如作为Viterbi检测器构成的检测器DT借助于信道系数h进行天线数据z的修正数据检测并且产生符号s，该符号传输到接收装置EE的另外设备(未示出)上。在该另外的设备中进行解码和有可能的另外的处理过程。该符号s表示了发送侧的重建的信号。
一个控制装置ST与该信道评估器KS相连接并且分析在信道评估时产生的相关值k，该值构成了用于确定信道系数h的基础。根据此分析以此方式控制信道评估，从检测器DT得到的值通过跟踪装置NE有选择地容纳在信道评估中。
在基站BS中的发送装置SE通过传输信道将调制的基础脉冲传输到接收装置EE，确定系统基础脉冲响应，并且在信号处理中检测在调制中含有的数据d。
发送装置含有一个编码器、一个基础脉冲产生器和一个在传输媒体上的耦合器。该发送装置SE通过确定的基础脉冲序列时钟产生基础脉冲，该序列脉冲通过功率放大器进一步传输到天线装置AE。在一个编码器中依赖于待传输的数据d选择发射哪一个基础脉冲，该脉冲来源于所提供的备用的基础脉冲，并且以此修改此基础脉冲的调制系数。
不同的传输方法在基础脉冲的备用上是有区别的。在此使用了一个或者多个的基础脉冲。此基础脉冲在它的时间上可以任意地膨胀并且在基础脉冲序列时钟的时间延续上是不固定的。
在接收器上进行下面的信号处理：放大、频率转换、模拟滤波、A／D转换和数字滤波。在数字滤波器的输出端存在处于基础脉冲序列时钟中的系统基础脉冲应答的序列。此重叠的系统基础脉冲应答的序列产生信号的处理和检测。
在接收侧的信号处理中实现系统基础脉冲应答的确定，用于在分析测量频率期间的至少一个转换滤波器的滤波器系数的确定，在一或者多级的转换滤波器中的扫描值的承载数据部分的检测和转换滤波器的输出端上的结果的译码。
一个离散的转换滤波器按照图3进行承载数据的部分的扫描值的处理。该扫描值进行离散的工作，因为该系统基础脉冲应答的扫描是以比基础脉冲序列时钟更高的时钟实现。在滤波运行之后，相应于系统基础脉冲应答的扫描，该移位寄存器的另外的时钟实现了大量的扫描值，以使关于一个基础脉冲序列时钟实现该扫描值的错位。该单独的存储在移位寄存器中的扫描值通过确定的滤波器系数进行分析和相加。该相加的结果在发送侧通过该复数的调制系数的序列加载到基础脉冲上。在离散运行的转换滤波器的输出端上的结果在发送器上通过调制系数的序列加载到相继的基础脉冲上。相应于发送侧上的编码在接收侧上还存在此值的解码。这例如能够通过BPSK、QPSK、GMSK等等实现，它的信息也能够耦合在选择的基础脉冲上。
示例的无线接口的结构在图4中进行描述。按照时分复用的方法每一个频域分成多个无线块fb，其中每一个无线块fb在频域B的内部构成一个频率信道。在用于数据传输的频率信道的内部，多个连接的信息在无线块中传输。按照FDMA(频分多址)的方法该多个频域B另外设置给该无线通信系统。
根据图5在频域B之中，相继的无线块fb按照帧结构构成。例如八个无线块fb1到fb8组合成一个时帧tf，其中时帧tf的一个确定的无线块fb构成一个用于数据传输的频道并且能够反复地利用一个或者多个的通信连接。另外的用于无线站MS的频率或者时间同步的频道不是处于一个时帧f中，而是在预定的时间点位于一个时帧tf之上的多帧之中。在此频道之间的距离确定了容量，该容量为此提供给无线通信系统使用。
在图5的时帧之中设置有周期的训练序列tseq。在训练序列tseq之间是其中可以传输数据d的无线块fb1到fb8，以使在每一个训练序列tseq之后是一个无线块fb1到fb8。此装置相对于训练序列的设置存在于一个按照TDMA用户分离方法运行的GSM移动无线通信系统的时帧中，其中每一个训练序列都是对称地设置在无线块中的。借助于训练序列tseq无线站MS将传输性能固定在无线接口上，并且通过在图2中描述的装置按照图1的第一个通信连接V1的修正在第一个无线块fb1中实现传输数据d。
训练序列tseq和无线块fb1到fb8的按照本发明的设置具有另外的已经解释的优点，即接收的无线站MS能够以简单的方式使用多个训练序列tseq用于确定在无线路段上的传输性能。此对多个训练序列tseq的访问能够另外进行简化，训练序列tseq从基站BS以较高的发射功率作为数据d发送到无线块fb1到fb8。一个这种的例如在无线接口上的传输性能的永久的“控制”在GSM移动无线通信系统中是不可能的，因为在无线块中的训练序列以相同的发送功率将例如数据d发送到无线块fb。通过到无线块fb的发送功率的不同的调节，该无线块根据当时的无线站MS的停留地点实现，该无线站MS的测量是错误的，该无线站MS将无线块fb中的多个训练序列通过到其他的无线站的通信连接作为进行信道评估的基础。
在图5、6和7中示出了示范的将通信连接分配到无线块fb的三种不同的结构可能性。在图5中给出了三个通信连接V1、V2和V3，其来自于无线站MS和其他的多个无线站MS。每一个通信连接V1、V2和V3能够具有一个或者多个无线块fb1到fb8用于传输数据d。在图5所表示的实施例中，完整的无线块fb1和fb2分别分配给通信连接V1和V2，而在两个无线块fb3和fb4中的通信连接V3的数据d在时帧tf中传输。
在图6中描述了下一个可能的结构。在此该无线块fb1到fb8不只设置给一个通信连接V1、V2、V3，而是在无线块fb1到fb8中多个通信连接V1、V2和V3的数据d分别在一个时帧tf中传输。如附图所示，当时的数据率，即数据d的数量可以变化，该数据率提供给通信连接V1、V2、V3以使用。该通信连接V2在此例如具有比通信连接V1和V3更高的数据率。这种分配相应于需要的传输容量在上行和下行方向上是不同地停止的。
如果通信连接V2的用户例如实现了互联网的应用，其中数据d以数据包的形式进行传输，一般在从基站BS到无线站MS的下行路段上比在上行路段上需要更高的数据率以传输数据包，以致于此通信连接V2之后在下行方向上比上行方向上必需需要更高的数据率。对此在面向连接的通信连接中，例如在电话的语音传输中在上行方向和下行方向上具有相同的数据率，以致于能够正交地实现对于下行和上行路段上的在时帧tf中的无线块fb内部的分配。
在数据包传输时，即在面向连接的通信连接时，按照本发明在传输第一个通信连接V1时，该连接继续一个或者多个的时帧tf，对此使用了间歇，另外的通信连接V2和V3的数据d动态地在一个或者多个全部或者部分释放地无线块fb1到fB8中进行传输。
在图7中表示了将通信连接V2分配给无线块fb1到fb8的最后的另外的结构可能性。在此情况下，通信连接V2的数据d不只在无线块fb，而且在多个无线块fb3、fb4和fb7中传输。在无线块fb3、fb4和fb7内部的属于通信连接V2的数据d的分配在此能够灵活地实现在不同的位置并且以不同的容量实现。

Claims (16)

1．通过在无线通信系统中的无线接口进行传输数据的方法，其中-数据(d)按照时分复用的方法在无线块(fb)中在从基站(BS)到无线站(MS)的下行方向上进行发送，-在无线块(fb)之间中存在反复的训练序列(tseq)，否则用于传输数据(d)所使用的发送功率减小，其中无线站(MS)借助于训练序列(tseq)实现信道评估。
2．如权利要求1的方法，其中，该无线站(FS)从至少两个训练序列(tseq)实现信道评估的内插法和／或外插法。
3．如权利要求1或2的方法，其中，训练序列(tseq)以相对于数据(d)的平均发送功率较大的恒定的发送功率减小发送。
4．如上述权利要求之一的方法，其中，一个第一个到无线站(MS)的通信连接(V1)和另外的到其他无线站的通信连接(V2…)的数据(d)组合成一个无线块(fb)。
5．如权利要求4的方法，其中，当时的在一个无线块(fb)内部的第一个(V1)和另外的通信连接(V2…)的数据(d)的数量根据所需要的传输容量减小变化。
6．如权利要求4或5的方法，其中，在第一个通信连接(V1)期间的传输间歇时，没有使用的传输容量在一个无线块(fb)中动态地使用一个或者多个其他的通信连接(V2…)用于传输数据(d)。
7．如上述权利要求之一的方法，其中，训练序列(tseq)的长度分别相对于一个设计成一般的多倍传播的训练序列(tseq)有所缩短，并且空闲的传输容量另外用于传输数据(d)或者用于错误保护。
8．如上述权利要求之一的方法，其中，训练序列(tseq)在无线接口的所有的频道上同时进行发送。
9．如上述权利要求之一的方法，其中，第一个通信连接(V1)的数据(d)当时具有至少一个编码以用于不同的数据段。
10．如权利要求9的方法，其中，为了对数据(d)进行编码，使用了Walsh-编码。
11．如上述权利要求之一的方法，其中，由基站(BS)以一个确定的基础脉冲序列时钟发送基础脉冲，该基础脉冲由无线站(MS)借助于一个离散的转换滤波器进行接收和分析。
12．如上述权利要求之一的方法，其中，频道通过卷积或者turbo编码进行编码。
13．在一个无线通信系统中通过无线接口进行数据传输的装置，该系统具有一个基站(BS)和一个无线站(MS)，其中基站(BS)至少具有：-在从基站(BS)到无线站(MS)的下行方向上在无线块(fb)中按照时分复用的方法用于发送数据(d)的一个发送装置(SE)，-用于在无线块(fb)之间提供反复的训练序列(tseq)的装置(IM)，否则用于传输数据(d)所使用的发送功率被减小，并且其中该无线站(MS)至少具有：-借助于训练序列(tseq)进行信道评估的一个接收装置(EE)。
14．如权利要求13的装置，其中，该接收装置(EE)在无线站(MS)中至少具有：-一个用于接收接收信号(rx)的天线装置，-一个用于确定信道系数(h)和导出天线数据(z)的信道评估器(KS)，-一个用于借助于信道系数(h)修正天线数据(z)的检测装置，-一个用于控制信道评估器(KS)和跟踪装置(NE)的控制装置(ST)，由检测装置(DT)得到的值提供给信道评估器(KS)使用。
15．如权利要求14的装置，其中，在无线站(MS)的接收装置(EE)中具有至少一个离散的转换滤波器，以用于确定在发送侧的加载到基础脉冲上的调制系数。
16．如权利要求13到15之一的装置，其中，无线通信系统作为一个移动无线通信系统构成，其中，该无线站(MS)是一个移动站。
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