CN1292178A - 移动通信系统中扩频信道的设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于CDMA通信系统的基站设备中的信道编码装置,用于利用具有第一码长的第一准正交码扩频输入的码元,或利用具有是第一码长的倍数的第二码长的第二准正交码信道编码输入的码元。该装置包括用于产生第二准正交码的扩频码发生器;信道扩频器,用于通过由第一准正交码的码长的所述倍数划分第二准正交码的持续期提供多个持续期,和利用划分为具有对应于被划分的持续期的码长的准正交码的扩频信道编码码元,使得在第二准正交码的持续期中,扩频的码元在数量上与第一准正交码持续期的所述倍数相同;和PN扩频器,用于利用PN码扩频信道扩频的信号。

Description

移动通信系统中扩频信道的设备和方法

发明背景

1．发明的领域

本发明一般涉及CDMA通信系统中扩频信道的设备和方法，特别是涉及用于具有不同扩频率的CDMA通信系统中的信道通信设备和方法。

2．现有技术的描述

为了增加信道容量，CDMA(码分多址)通信系统利用正交码扩频信道。例如，IMT-2000系统的正向链路利用正交码执行信道扩频。通常使用的正交码的例子是沃尔什码。

取决于调制方法和低的数据速率，确定了可用的正交码的组数。但是，在所提出的IMT-2000的CDMA系统中，分配给用户的信道将大量增加，以改善系统性能。为此，未来的CDMA系统包括多个公共信道和专用信道，并分配这些信道给各个移动站，从而增加了信道容量。

然而，即使在提出的IMT-2000的CDMA系统中，信道利用率的增加也限制了可用正交码的数量。另外，减少可用沃尔什正交码的数量限制了信道容量的增加。在解决这个问题的工作中，提出一种利用准正交码作为信道扩频码的方法，该码具有与正交码最小的干扰和具有可变数据速率。

在IMT-2000系统中，1x系统利用具有扩频码速率1的扩频码群，和3x系统利用具有扩频码速率3的扩频码群。在这种情况下，1x系统具有128最大码长的扩频码，如图1A所示，和通过选择对应于一个指定的扩频码索引的扩频码扩频各码元。另外，3x系统包括256最大码长的扩频码，如图1B所示，和通过选择对应于一个指定的扩频码索引的扩频码扩频各码元。

现在参照图2，表示出在多载波移动通信系统的一个频段上的信道特性。1x系统利用其信道频带为1．25MHz的单一载波，和3x系统利用3个载波，每个分配以不同信道频带和具有3．75MHz的组合信道频带。分配给每个载波以唯一的正交码。如图2所示，当1x系统与3x系统相重叠时，在每个1．2 5MHz频带中不可能保证利用扩频率1下的掩码函数的128码长扩频码与扩频率3下的掩码函数的128码长扩频码之间的相关性。因此，在一个利用扩频率1x下掩码函数的用户与另一个利用扩频率3x下掩码函数的用户之间可能增加干扰。

关于相关性的问题将参照图3进行描述。图3是用于说明一个利用准正交码的1x系统用户和一个利用正交码的3x系统用户之间的互相干扰。

在图3中，T₁表示1x系统准正交码用户将一个码元扩频的码片数，和T₂表示3x系统将一个码元扩频的正交码用户的码片数。1x系统的准正交码(Q_m+W_k)用户受到3x系统的正交码(W_j)用户的干扰可以由以下方程给出： $\underset{i}{\overset{\mathrm{Ti}}{\mathrm{\&Sigma;}}}(Q_{m,i}+W_{k,i})+W_{j,i}=\underset{i}{\overset{\mathrm{Ti}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_{m,i}+(W_{m,i}+W_{j,i})=\underset{i}{\overset{\mathrm{Ti}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_{m,i}+Q_{s,i}<{\mathrm{\&Theta;}}_{\min }\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(1\right)$

也就是说，干扰满足准正交码相关性公式的上限。因此，在这种情况下，没有什么严重的问题。

图4是说明每个信道都利用不同码长的准正交码的各信道之间互相干扰的图。在图4中，1x表示利用128码长的准正交码的用户和3x表示利用256码长的准正交码的用户。在这种情况下，1x系统的准正交码(Q_m+W_k)用户受到3x系统的准正交码(Q_n+W_j)用户的干扰不满足公式的上限，如方程(2)所表示： $\underset{i}{\overset{\mathrm{Ti}}{\mathrm{\&Sigma;}}}(Q_{m,i}+W_{k,i})+(Q_{n,i}+W_{j,i})=\underset{i}{\overset{\mathrm{Ti}}{\mathrm{\&Sigma;}}}(Q_{m,i}+Q_{n,i})+(W_{k,i}+W_{s,i})$

$\underset{\mathrm{\&iota;}}{\overset{\mathrm{\&Tgr;\&iota;}}{=\mathrm{\&Sigma;}}}({\mathrm{\&Theta;}}_{\mathrm{\&mu;},\mathrm{\&iota;}}+{\mathrm{\&Theta;}}_{\mathrm{\&nu;},\mathrm{\&iota;}})+{\mathrm{\&Omega;}}_{\mathrm{\&sigma;},\mathrm{\&iota;}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right)$

在这种情况下，各信道之间的互相干扰增加了。

因此，当利用具有不同码长的扩频码群的准正交码时，移动通信系统存储不同码长的扩频码，和因此增加了硬件的复杂性。另外，利用具有不同扩频率的扩频码恶化了两个用户之间的干扰性能，从而引起性能降低。

发明概要

因此，本发明的一个目的是提供一种用于CDMA通信系统中的通信设备和方法，其中基站设备利用与具有不同扩频率的移动站相同码长的扩频码扩频和解扩信道信号。

本发明的另一个目的是提供一种用于CDMA通信系统中的通信设备和方法，其中移动站利用与具有不同扩频率的基站设备相同码长的扩频码扩频和解扩信道信号。

为了实现上述目的，提供一种用于CDMA通信系统中基站设备的信道扩频设备，用于利用具有第一码长的第一准正交码扩频输入码元，或利用具有是第一码长的倍数的第二码长的第二准正交码信道扩频输入码元。该设备包括：用于产生第二准正交码的扩频码发生器；用于通过由第一准正交码的码长的倍数划分第二准正交码的持续期提供多个持续期，和利用具有上述多个持续期的准正交码扩频信道编码码元的信道扩频器；和利用PN码扩频信道扩频信号的PN扩频器。

扩频码发生器包括：一个控制器，对应于接收的产生第二准正交码的索引产生掩码索引和沃尔什码索引；一个掩码发生器，对应于该掩码索引产生第二准正交码的掩码；一个沃尔什码发生器，对应于沃尔什码索引产生沃尔什码；和用于混合第二准正交码的掩码与沃尔什码以产生用作扩频码的第二准正交码的电路。

当第二准正交码的码长是第一准正交码的两倍码长时，该信道扩频器以第一准正交码的扩频率利用从扩频码发生器输出的第二准正交码的第一半周期码片信号扩频一个码元，和利用第二准正交码的第二半周期码片信号扩频另一个码元，因此两个码元在一个扩频码的持续期被进行扩频。

附图简述

从下面结合附图的详细描述中本发明的上述的和其他的目的、特点和优点将变得更清楚，其中的各附图中：

图1A和1B是说明相对于码元和扩频码的1x和3x移动通信系统之间关系的图；

图2是说明1x和3x移动通信系统之间信道频带关系的图；

图3是用于说明在移动通信系统中利用准正交码的信道和利用正交码的信道之间的相互干扰的图，上述各码具有不同的码长；

图4是用于说明在移动通信系统中利用不同码长的准正交码的信道之间相互干扰的图；

图5是说明在移动通信系统中按照本发明一个实施例的利用相同码长的扩频码信道扩频不同码长的码元的方法的图；

图6是说明在移动通信系统中利用相同码长的准正交码信道扩频不同码长的码元时各信道之间的相互干扰的图；

图7是说明按照本发明一个实施例的用于1x移动通信系统中的发射机的扩频设备的方框图；

图8是说明按照本发明一个实施例的用于3x移动通信系统中的发射机的扩频设备的方框图；

图9是说明按照本发明一个实施例的用于1x移动通信系统中的接收机的解扩设备的方框图；

图10是说明按照本发明一个实施例的用于3x移动通信系统中的接收机的解扩设备的方框图。

优选实施例的详细描述

下面将参照各附图描述本发明优选实施例。在下面的描述中，对公知的功能和结构不进行详细描述，因为这样将会在非必要细节上混淆了本发明。

在下面的描述中，术语“正交扩频”将与术语“信道扩频”、“短码扩频”、“扩频”和“PN扩频”可替换地使用。另外，术语“相同码长扩频码”是指具有相同码长的一组准正交码。另外，术语“扩频码”是指沃尔什正交码或准正交码。

虽然本发明的示例性实施例将参照IMT-2000的基站和移动站的扩频与解扩进行描述，并且这些基站和移动站中1x和3x系统利用相同码长，但是本发明还可能应用于利用不同数据速率的系统中。也就是说，本发明的实施例将参照这样的情况进行描述，即基站利用相同码长的扩频码扩频信道信号和发射该扩频信道信号到具有不同扩频率的移动站，和然后该移动站解扩发射的扩频信道信号。另外一种情况下，本发明同样可以应用于这样一种情况进行，即移动站利用相同码长的扩频码扩频信道信号和发射该扩频信道信号到具有不同扩频率的基站，和然后基站解扩发射的扩频信道信号。

在该实施例中，1x系统和3x系统共享该扩频码。通过允许Nx个系统共享最长码长的准正交码，可能降低硬件的复杂性。此外，当使用若干(Nx)系统和每个系统利用相同码长的扩频码时，可能降低在1x系统1．25NHz频带的各用户之间的干扰。

参照图5，表示出用于说明按照本发明的一个实施例的利用相同码长扩频码信道扩频不同码长的码元的操作的图。图5表示当利用码长A的扩频码的Nx系统和利用码长B的扩频码的Mx系统(其中A＞B)共享码长A的扩频码时，一种利用扩频码的方法。更具体地，图5通过例子的方式表示利用最大128码长扩频码的1x系统和利用最大256码长的扩频码的3x系统共享256码长的扩频码的情况。按这种方式，可能解决现有技术利用扩频码时出现的问题。

图6是说明利用准正交码的1x系统和利用准正交码的3x系统之间相互干扰的图。在图6中，T₁表示1x系统的准正交码用户将一个码元扩频成的码片数，和T₂表示其中3x系统的准正交码用户将一个码元扩频成的码片数。

参照图6，1x系统的准正交码(Q_m+W_k)用户受到3x系统的准正交码(Q_m+W_j)用户的干扰可以由以下方程给出：

也就是说，因为干扰是0，所以不存在干扰。因此，可能解决现有技术的干扰问题。

因此，在该实施例中，通过允许若干Nx系统共享扩频码，可能在降低硬件的复杂性的同时减少各用户之间的干扰。下面的表1和2以例子的方式表示使用在1x系统中的128码长的准正交序列和使用在3x系统中的256码长的准正交序列。该1x系统和3x系统可以共享表示在表1中的128码长的掩码或表示在表2中的256码长的掩码。

[表1]

函数	掩码函数(16进制)
0	00000000000000000000000000000000
1	17dbbd71e8db427117dbbd71e8db4271
2	72824ebebeb17d7272824ebebeb17d72
3	2dee87bb8744d2ee2dee87bb8744d2ee

[表2]

函数	掩码函数(16进制)
		0	0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
1	77b4b477774bb48887bb447878bbbb7877b44b88774b4b77784444788744bb78
		2	7e4ddbe817244d7ed41871bd428e18d4d4e77142bd8ee7d47eb2db17e824b27e
3	417214d87db1281beb274172d7e47db1b17de4d78dbed8141b28b17d27eb8dbe

当1x系统和3x系统共享256码长的扩频码时，原来利用256码长扩频码的3x系统具有现存的结构。因此，在该实施例中，仅描述当利用256码长扩频码时的1x系统的结构，其中假设扩频系数是在1x系统中最高的扩频系数的128。

A．发射机的实施例

在下面描述的发射机中，假设，1x系统扩频一个码元为128码片长度和3X系统扩频一个码元为256码片的长度。另外，假设1x系统和3x系统共享256码长的扩频码。

现在参照图7，表示出1x系统发射机的结构。信道编码器700编码输入信号为码元数据和交错器705交错从信道编码器700输出的编码的码元。由交错器705交错的编码的码元被提供到长码扰码器710。长码发生器715产生用于加扰被交错的信道信号的长码。因此，长码扰码器710利用长码扩频被交错的码元。一般，异或门被用于长码扰码器710，和在这种情况下，长码扰码器710对信道编码信号和长码进行异或操作，产生被加扰的码元。在分为I分量码元和Q分量码元后，被加扰的码元被提供给信道扩频器(或正交调制器)720。

同时，指示分配给用户的信道的扩频码索引k被输入到扩频码发生器740。如上所述，一般，沃尔什码或准正交码被用于扩频码。关于扩频码发生器740的操作，当接收到扩频码索引k时，索引控制器742输出对应于接收的扩频码索引k的掩码索引和沃尔什正交码索引。这里，掩码是指对准正交码的掩码。当接收到掩码索引时，掩码发生器744从掩码表访问对应于输入的掩码索引的256码长的掩码。同时，当接收到从索引控制器742输出的沃尔什码索引时，沃尔什码发生器746访问从沃尔什正交码表对应于接收的沃尔什码索引的256长度的沃尔什正交码。然后，加法器748相加从掩码发生器744输出的长度256的准正交码掩码和从沃尔什码发生器746输出的长度256码片的沃尔什正交码，产生准正交码。所产生的准正交码被用作为对应于扩频码索引k的扩频码，和这个扩频码被提供给信道扩频器720。这里，当没有掩码索引提供给掩码发生器744(即，掩码索引值=0)时，掩码发生器744不输出准正交码掩码。在这种情况下，从加法器748输出的扩频码变为沃尔什正交码。

产生的256码长的扩频码随着长码扩频的码元(即，利用长码加扰的码元)被输入到信道扩频器720。此刻，一个码元利用特定数量的码片(256／2ⁿ，1≤n≤6)的扩频码进行扩频。在该实施例中，n=1。也就是说，对于扩频一个码元为128码片长度的1x系统，该1x系统在第一半128码片持续期扩频一个码元和在第二半128码片持续期扩频另一个码元。因此，两个码元在256码片持续期被进行扩频。从而，信道扩频器720利用从扩频码发生器740在1．2288Mcps的码片速率输出扩频码扩频接收的码元。经扩频的信号被提供给PN扩频器730。PN码发生器750产生PN码并按1．2288Mcps的码片速率输出该码。从PN码发生器750输出的PN码提供给PN扩频器730。然后，PN扩频器730以一个码片为单位利用PN码扩频信道扩频码片信号，并输出PN扩频的信号。

将参照图8到10描述的扩频码发生器840、842、844、940、140、142和144可以具有与图7的扩频码发生器740相同的结构。

现在参照图8，其中表示出多载波3x系统的发射机的结构。当接收一个输入信号时，信道编码器800编码该输入信号为码元数据，和交错器805交错该编码的码元。由交错器805交错的码元提供给长码扰码器810，和长码发生器815产生用于对码元扰码的长码。然后，长码扰码器810利用长码扩频经交错的码元以对码元扰码。

经扰码的码元由多路分解器880多路分解为3组和然后分为I分量和Q分量后提供给信道扩频器820，822和824。这里，经加扰的码元被多路分解为3组，以便利用3x系统的3个载波发射信道信号。

当接收到指示分配给该用户的信道的扩频码索引k1时，扩频码发生器840产生对应于接收的扩频码索引k1的256码长的扩频码。当接收到经多路分解的信号时，信道扩频器820利用该扩频码扩频加扰的码元。此刻，信道扩频器820利用规定数目的码片(256／2ⁿ，0≤n≤6)按1．2288Mcps的码片速率扩频一个码元。在该实施例中，n=0。因此，信道扩频器820在该扩频码的256码片持续期扩频一个码元。扩频信号被提供给PN扩频器830，和PN码发生器85 0按1．2288Mcps的码片速率产生PN码。然后，PN扩频器830利用从PN码发生器850输出的PN码以码片为单元扩频信道扩频的码片信号，并输出PN扩频信号。

以相同的方式，信道扩频器823和824利用对应的扩频码扩频接收的各个码元，和PN码扩频器832和834利用PN码扩频接收的信道扩频信号。扩频码发生器840，842和844产生不同的扩频码，而PN码发生器850，852和854产生相同的PN码。另外，从PN码扩频器830，832和834输出的信号在上变频后以对应的载波进行发射。

在图7和8中，1x系统利用128码片长度的扩频码和3x系统利用256码片长度的扩频码，如图4所示。当准正交码被用作扩频码时，在1x系统与3x系统之间可能出现信道干扰。在这种情况下，在1x系统中扩频码发生器产生256码片长度的扩频码，和信道扩频器利用128个第一半码片扩频一个码元，和利用128个第二半码片扩频另一个码元，如图5所示。因此，1x系统的信道编码器在一个扩频码持续期扩频两个码元。另外，在3x系统中，扩频码发生器还产生256码片长度的扩频码和信道扩频器在256码片扩频码持续期扩频一个码元，如图5所示。

这里，虽然3X系统是多载波系统，但本发明同样可以应用到该3x系统是单载波系统的情况。在这种情况下，3x系统具有与1x系统相同的信道结构和码片速率变为高3倍。

B．接收机的实施例

现在参照图9，表示出用于1x系统的接收机。PN解扩器930接收输入的扩频信号和PN码发生器950产生按1．2 288Mcps的PN码。PN解扩器930利用从PN码发生器950输出的PN码以一个码片为单位解扩接收的扩频信号。该经PN解扩的信号被提供给信道解扩器920。此刻，当接收到指示分配给该用户的信道的扩频码索引时，扩频码发生器940以与图7所示的扩频码发生器740相同的方式产生对应于接收的扩频码索引k的最大256长度的扩频码。然后信道解扩器920利用规定数目码片(256／2ⁿ，1≤n≤6)的扩频码解扩经PN解扩的码元。也就是说，当用于图7的1x系统的发射机在发射前在256码片持续期扩频两个码元时，信道解扩器920在第一半128码片持续期解扩经扩频的一个码元，和在第二半128码片持续期解扩另一个码元。当接收到解扩的信号时，长码解扰器910利用从长码发生器915输出的长码去加扰经解扩的信号。该去加扰的信号由去交错器905进行去交错和然后由信道译码器900进行译码。

现在参照图10，表示出用于多载波3X系统接收机的结构。PN解扩器130接收输入扩频信号，和PN码发生器150产生按1．2288Mcps码片速率的PN码。然后PN解扩器130利用PN码PN解扩接收的扩频信号。该经PN解扩的信号被施加到信道解扩器120，和解扩码发生器140产生对应于指示分配给该用户的信道的扩频码索引k1的最大256长度的扩频码。然后信道解扩器120利用扩频码信道解扩经PN解扩的信号。此刻，信道解扩器120利用规定数目码片(256／2ⁿ，0≤n≤6)的扩频码解扩经PN解扩的码元，和在累加后提供该解扩的信号到复用器180。在3x系统中，因为n=0，一个码元在256码片持续期进行解扩。按相同的方式，通过相同的处理，输入到PN解扩器132和34的信号还被施加给复用器180。然后，复用器180以多路分解相反的次序复用已被通过3个不同路径解扩的各输入信号。当接收到经复用的信号时，长码解扰器110利用从长码发生器115输出的长码解扰接收的经复用的信号。此后，经解扰的信号通过去交错器105进行去交错和然后由信道译码器100进行译码。

因此，在1x系统中，扩频码发生器产生256码片长度的扩频码，和信道解扩器利用128第一半码片解扩一个码元和利用128第二半码片解扩另一个码元，如图5所示。因此1x系统信道的信道解扩器在一个扩频码持续期期间解扩两个码元。另外，在3x系统中，扩频码发生器也产生256码片长度的扩频码和在256扩频码持续期信道解扩器解扩一个码元，如图5所示。

用于CDMA通信系统的新颖的扩频设备能使两个具有不同扩频率的用户使用相同的扩频码，因此降低了硬件的复杂性。另外，当两个具有不同扩频率的用户相互重叠时，该扩频设备可以改善两个用户的干扰特性。

虽然本发明已经参照某个优选实施例进行了表示和描述，但是本专业的技术人员很清楚，在不脱离由所附的权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，在形式和细节上可以作出各种改变。

Claims (8)

1．一种用于CDMA(码分多址)通信系统的基站设备中的信道扩频装置，该装置利用具有某码长的第一准正交码的倍数的码长的第二准正交码扩频输入的码元，该装置包括：

一个扩频码发生器，用于产生第二准正交码；

一个信道扩频器，用于通过由所述第一准正交码的码长的倍数划分第二准正交码的持续期提供多个持续期，和利用具有所述多个持续期的准正交码扩频信道编码的码元；和

一个PN(伪噪声)扩频器，用于利用PN码扩频信道扩频的信号。

2．按照权利要求1所述的信道编码设备，其中扩频码发生器包括：

一个控制器，用于产生掩码索引和沃尔什码索引，该索引对应于接收的用于产生第二准正交码的扩频码索引；

一个掩码发生器，用于产生对应于该掩码索引的第二准正交码的掩码；

一个沃尔什码发生器，用于产生对应于沃尔什码索引的沃尔什码；和

一个用于混合第二准正交码的掩码与沃尔什码，产生用作扩频码的第二准正交码的电路。

3．按照权利要求1所述的信道扩频设备，其中当第二准正交码的码长是第一准正交码的码长2倍时，该信道扩频器以第一准正交码的扩频率，利用从扩频码发生器输出的第二准正交码的第一半周期码片信号扩频一个码元，和利用第二准正交码的第二半周期码片信号扩频另一个码元，因此两个码元共享第二准正交码扩频码的一个持续期。

4．一种用于CDMA通信系统的基站设备中的信道扩频方法，用于利用具有码长是具有某码长的第一准正交码的倍数的第二准正交码扩频输入码元，该方法包括以下步骤：

产生具有是第一码长的倍数的第二码长的第二准正交码；和

通过由所述第一准正交码的码长的倍数划分第二准正交码的持续期提供多个持续期，和利用具有所述多个持续期的准正交码扩频信道编码的码元。

5．按照权利要求4所述的信道扩频方法，其中扩频码产生步骤包括以下步骤：

对应于接收的用于产生第二准正交码的扩频码，产生掩码索引和沃尔什码索引；

对应于该掩码索引，产生第二准正交码的掩码；

对应于沃尔什码索引，产生沃尔什码；和

混合第二准正交码的掩码与沃尔什码，产生用作扩频码的第二准正交码。

6．按照权利要求4所述的信道扩频方法，其中当第二准正交码的码长是第一准正交码的码长的2倍时，以第一准正交码的扩频率，利用第二准正交码的第一半周期码片信号扩频一个码元，和利用第二准正交码的第二半周期码片信号扩频另一个码元，因此在一个扩频码持续期扩频两个码元。

7．一种用于CDMA通信系统的移动站中的信道解扩设备，用于利用具有码长是具有某码长的第一准正交码的倍数的第二准正交码解扩输入码元，该装置包括：

一个PN解扩器，用于混合接收的信号与PN码，产生PN码解扩的信号；

一个扩频码发生器，用于产生第二准正交码；和

一个信道解扩器，用于通过利用第一准正交码的所述码长的倍数划分第二准正交码的持续期提供多个持续期，和利用具有所述多个持续期的准正交码解扩信道编码的码元。

8．一种用于CDMA通信系统的移动站设备中的信道解扩方法，该方法包括以下步骤：

混合接收的信号与PN码，产生PN解扩的信号；

产生具有第二码长的第二准正交码，该码长是第一码长的倍数；和

通过利用第一准正交码的码长的所述倍数划分第二准正交码的持续期，提供多个持续期，和利用具有所述多个持续期的准正交码解扩信道编码的码元。

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