CN1311925A - 用于使用码分多址通信的全双工无线传输系统的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在使用CDMA存取以TDD工作的全双工无线传输系统中同步的方法及装置,该系统具有一个中心无线基站及多个彼此独立的用户站,其中各个用户站在接收侧各配置有一个匹配滤波器及后联的幅度阈值开关,该方法包括以下步骤:a)由基站产生一个专用于每个无线系统的最大序列或金序列,b)向所有用户站发送在实际有效传送数据(2)前面的、所产生的作为前序信号(1)的最大序列或金序列,c)由用户站接收该前序信号(1),d)将接收的前序信号(1)传送到一个用户站的相应匹配滤波器,e)将匹配滤波器的输出信号传送到幅度阈值开关,及f)当超过预定阈值Tr1时由幅度阈值开关产生一个触发信号。

Description

用于使用码分多址通信的全双 工无线传输系统的方法及装置
本发明涉及一种用于使用码分多址通信的全双工无线传输系统的方法及装置，该系统具有一个中心基站及多个彼此独立的用户站。
在使用一个中心基站及多个彼此独立的外部站或用户站工作及能在两个方向上全双工地传输信息的无线支持的信息系统的范围内，为各用户确定的信息通常在下行通信时在一个信道中被多路传输，及在上行通信时作为存取系统组织地传输。例如，作为这种系统的有移动无线系统，射束无线系统，点对多点定向无线系统及无线本地环路系统。对于多路传输或多重存取总是使用彼此正交的信号空间，例如：
-频率多路传输或FDMA存取(频分多址)系统
-时间多路传输或CDMA存取(码分多址)系统或SSMA(扩频多址)系统
-空间多路传输或存取系统。
这些系统的区别在于：由及向各个用户传输的信息在分开的频率、时间、码或空间区段中进行。并且在一个系统中重叠的、耦合的或各个不同的多路传输及存取技术，即所谓混合方法也是公知的。视应用及实施而定，使用这些方法可实现传输不同的参数及质量标准。
在CDMA系统中，有效信号通过与一个展开函数的逻辑连接被编码，其中对于每个用户站选择一个固有的与另一展开函数正交的展开函数。在此情况下，该逻辑连接譬如是通过一个异或门来实现的。在接收侧则可通过已知的被分配的展开函数来解码该编码信号，其中根据正交性另外用户站的编码有效数据在解调过程中将变为零。在CDMA系统中特别有利的是，所有用户可在相同频带中工作及在频带中可容许相对高的干扰功率。此外在一定条件下可作到，相邻的无线单元可在相同的频带上工作。其缺点是，通常形成多用户干扰，这在实际中是通过实施的问题，如带限、各个发射之间的电平区别、多路传输等形成的，并导致正交性的损失。在所观察的无线系统中基本上应注意：由于外部站离中心站不同的距离产生不同的信号延时，在基站接收机中通常得到一个异步接收状态，它大大地加重了干扰，以致在理想条件下在上行通信中也得不到码正交性。在此情况下，在上行通信中一个频带内的同时发射的最大数目M近似一个DS-CDMA系统，如下式估算：
M=PG/(Eb/No)，
式中PG是过程增益或展开系数，及Eb/No是为力图达到的误码率在解调器中所需的位能与干扰功率的比例。展开系数为t位与t芯片的比例，其典型值在10至104之间。
在一个例子中假定Eb/No为3，即相应于5dB，因此相对一个相同占用带宽，上行通信相对下行通信或相对TDMA或FDMA系统仅能提供约1/3的传输能力，这时假定后者是正交信号。
已经公知了一些不同的方法，它们能减少上述异步CDMA方法的缺点，例如外部站这样地同步，即它们的发送信息可在基站的接收机中被芯片同步地处理。此外提出干扰消除器的实施，它通过数学算法事后地消除由于各种先验或后验知识引起的并列传输的干扰分量。另外还建议使用多用户检测器。所有这些公知方法的缺点是非常高的实施成本。
因此本发明的目的在于：提出一种在使用CDMA存取的无线传输系统中用于同步的方法及装置，借助它们可用低实施成本减小在上行通信工作时无线基站中的低用户干扰。
该技术问题(目的)的解决将通过权利要求1及9中的特征来实现。对此的前提是以时分多址工作的无线传输系统，其中在一个信道内的发送及接收在时间上是彼此分开的，这就实质地简化了操作的控制。为了所有用户站的同步，无线基站发送一个专用于该无线传输系统的、在实际数据传输前面的用于所有用户站的前序信号形式的最大序列或金序列。因为用于直接个人用户的系统控制的信息，例如呼叫建立及类似信息传输到一个中心业务信道，则可以对于所有用户站使用一个共同的前序信号。该前序信号可无另外系统参数限制地以实质上改善的信/噪比被检测，因为没有多用户干扰及可附加相干地传输与用户有关的信号功率，这就在用户站中引起了高的识别可靠性。在那里接收到的前序信号将被输送给一个匹配或校正滤波器，后者的输出信号在超过一个确定的幅度阈值时用作为触发判据。本发明的其它有利构型可由从属权利要求中得到。
通过所获得的同步信息的时间通告及使用两个相继的前序信号之间已知的精确值在用户站中足够脉冲稳定性的情况下实现实质上大的精确度，因为在用匹配滤波器简单检测时可出现直至0.5×芯片持续时间t芯片的时间不精确性。
在上行通信时同步信息与有效数据并列的传输由于同步信息未先验地或未足够地已知而变难，由此它的增益导致对实际有效数据传输的异步干扰状态。为了避免这点，在发送及接收周期的空载时间内所有并列的有效用户站仅同时地发送一个同步信息，由此，由于实质上无干扰的传输就能可靠地检测时间信息。对此有时该空载时间必须稍微延长，但鉴于改善检测这是可替换的。
通过在发送侧符号移动一个采样值，然而在基站接收机中时间上固定地按符号进行的匹配滤波，将同步信息的时间分辨率或精确度改善到仅在一个脉冲内至一个采样值t采样，而在传统监测时它可达到0.5×t芯片。
为了避免数据冲突，无线基站通过中心业务信道向用户站发送一个状态信号，该用户站则随后应向其发送它的同步序列。在通过无线基站对信号延时评估后，该基站通过业务信道传送对于上行通信传输的个别用户的开始时刻。
在该方法的另一有利构型中，对于数据的码展开不仅在上行通信时而且在下行通信时使用一个符号长度的正交的金序列，它可相对简单地产生。此外，该正交金序列具有确定的交叉相关特性，它将导致其中同步机制失灵的用户站对其它并列的发送不引起实质性的干扰。另外这相对Walsh序列及类似序列具有均匀频谱功率分配的优点，这尤其在短序列时有意义。
对于蜂窝结构系统，对位于相对侧无线干扰区域的无线基站在发送胺收周期方面的同步是有利的。尤其当无线基站或用户站基于暴露的几何位置彼此具有视线时更是如此，否则就可能在另外每个无线蜂窝单元引起显著的干扰值。同步譬如可通过GPS或在无线网中继续传播的信标信号来实现。
该方法能特别有利地在无线本地环路系统中实施，因为用户站的固定性能以相对小的无线信道特性的时间变化被充分利用。
以下将借助优选实施例来详细描述本发明。附图为：
图1：在用于一个用户站的下行通信时一次发送的信号波形图，
图2：在用于n个用户站的下行通信时一次发送的信号波形图，
图3：在一个用户站中的匹配滤波器输出端上的信号概要波形，
图4：用于上行通信时同步的换态方法的示图，
图5：一个上行同步序列的结构，
图6：根据图5的结构的详细示图，及
图7：一个无线基站的匹配滤波器输出端上的信号概要波形。
在图1中表示出一个基站向一个用户站一次发送的信号随时间变化的波形图。该信号包括一个前序信号1及一个数据2，它们以幅值PT被发送。在此情况下该前序信号1是一个无线系统专用的最大序列或金序列，它由基站产生。数据2代表用于用户站的实际有效数据。因为用于直接个人用户的系统控制的信息被传输到一个中心业务信道中，可以对于所有用户站使用一个共同的前序信号。
图2表示在用于所有n个用户站的下行通信时发送的信号波形图。因为基站同时地向所有n个用户站发送，就引起信号波形的相应重叠。由于对于一个业务信道中的所有用户站发送一个共同的前序信号，这就引起相干地相加及其幅值为P1～n2PT。有效数据的相应于所使用的码调制进行重叠，及幅度与此相应地变化，其中平均值近似为P2～nPT。
为了求得第一同步信息，由每个用户站接收的前序信号1被传送到一个匹配滤波器，借助它可求出接收质量。在图3中表示出一个用户站的匹配滤波器输出端的典型信号波形。为了确定基站向相应用户站发送的接收时间点，将借助一个幅度阈值开关来求值。当该输出信号超过一个预定阈值Tr1时，该幅度阈值开关就产生一个触发信号，该触发信号表示用于接收前序信号的开始时刻。
在图4中表示出用于上行通信时同步的信号波形。为了避免干扰，在此情况下，以轮询方法的形式进行各个用户站同步序列3的发送，即在第一脉冲时仅是第一用户站向无线基站发送它的同步序列3。接着所有n个用户站同时地向无线基站发送它们的有效数据4。在第二脉冲时则仅是第二用户站发送它的同步序列3，直到最后，在第n脉冲时第n用户站发送它的同步序列3。
同步序列3的精确结构表示在图5中。该同步序列譬如包括四个相同的符号5，它们依次地被发送，其中各符号5之间的距离相继增大一个系统时钟脉冲t采样及第一符号5用作前序信号。
在图6中表示出一个符号5的示范波形，其中该符号相应于图5中的向第三符号5过渡的第二符号。
图7表示根据图5所示接收一个同步序列3时无线基站中一个匹配滤波器的示范信号波形。在此情况下四个符号中的每个产生一个输出信号，它具有比连接其后的幅度阈值开关的预定阈值Tr2大的幅值P。第一符号5产生具有幅值Pb的输出信号。直接跟随第一符号5发送的第二符号同样产生一个幅值Pb。延迟了一个系统时钟脉冲t采样的第三符号5产生一个幅值Pa，及相应延迟了2×t采样的第四符号产生一个幅值Pc。最佳的接收发生在第三符号5处，因此信号延时应相应地校正一个系统时钟脉冲t采样。以此方式用户站及基站之间的延时可相应精确地求得，以致同步可用数量级t采样来进行。

Claims (11)

1．用于在使用CDMA存取以TDD工作的全双工无线传输系统中同步的方法，该系统具有一个中心无线基站及多个彼此独立的用户站，其中各个用户站在接收侧各配置有一个匹配滤波器及后联的幅度阈值开关，该方法包括以下步骤：
    a)由基站产生一个专用于每个无线系统的最大序列或金序
列，
    b)作为在实际有效传送数据(2)前面的前序信号(1)向所有用户站发送所产生的最大序列或金序列，
    c)由用户站接收该前序信号(1)，
    d)将接收的前序信号(1)传送到一个用户站的相应匹配滤波器，
    e)将匹配滤波器的输出信号传送到幅度阈值开关，及
    f)当超过预定阈值Tr1时由幅度阈值开关产生一个触发信号。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于：用户站借助一个先验知识通过脉冲结构及持续时间执行所获得的同步信息的时间通告。
3．根据权利要求1或2的方法，其特征在于：基站构有一个匹配滤波器及一个后联的幅度阈值开关，及每个用户站在实际有效传输数据(4)的空载时间内向无线基站发送一个专用同步序列(3)，无线基站接收该同步序列(3)，及通过匹配滤波并通过超过一个幅度阈值的估价在滤波器输出端求得作为触发判据的无线基站与相应用户站之间的具体信号延时。
4．根据权利要求3的方法，其特征在于：同步序列(3)由一个前序信号及多个相同的符号(5)组成，其通过用户或无线系统专用的最大序列或金序列展开，其中各个符号(5)彼此相继移动一个系统时钟t采样地被发送，及无线基站使用匹配滤波器输出端的所有幅值来估价符号交替的精确时间，其中在前序信号接收时使用超出一个幅度阈值的时间点作为参考时间。
5．根据权利要求3或4的方法，其特征在于：无线基站通过中心业务信道向用户站发送一个状态信号，该用户站应发送它的同步序列(3)，及在对无线基站中获得的信号延时估价后通过业务信道向相应用户站传送一个信息，在该个别用户的开始时刻应在上行通信时开始有效数据或控制信息的传输，由此在无线基站的接收机中芯片同步地接收所有用户站的并列发送。
6．根据以上权利要求中一项的方法，其特征在于：对于数据的码展开不仅在上行通信时而且在下行通信时使用一个符号长度的正交的金序列。
7．根据以上权利要求中一项的方法，其特征在于：相邻的无线传输系统以不同的频率位置工作和/或使用各个不同的展开序列和/或来自不同码族的展开序列。
8．根据权利要求7的方法，其特征在于：相邻无线传输系统的相应无线基站在上行及下行通信周期中彼此同步地工作。
9．用于在使用CDMA存取以TDD工作的全双工无线传输系统中同步的装置，该系统包括一个中心无线基站及多个彼此独立的用户站，其特征在于：每个用户站在接收侧设有一个具有幅度阈值开关的匹配滤波器。
10．根据权利要求9的装置，其特征在于：无线基站在接收侧至少设有一个具有幅度阈值开关的匹配滤波器。
11．根据权利要求9或10的装置，其特征在于：该无线传输系统构成无线本地环路系统。
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