CN1317211A - 无线通信系统中的方法;系统,发射器和接收器 - Google Patents

无线通信系统中的方法;系统,发射器和接收器 Download PDF

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Abstract

一种使用码分多址技术的无线通信系统中的方法，所述系统包括通信交换中心，发射器和接收器，在所述方法中，通信交换中心根据发射器的位置，为发射器确定一个标识符，所述发射器根据接收器的位置，为所述发射器和所述接收器之间的无线电链路业务信道确定一个业务信道标识符。在该系统中，借助代码序列，发射器和接收器之间的无线电链路的信道被相互区分开，并根据发射器和接收器的位置信息，确定使用的代码序列。借助卫星定位系统，实现发射器和接收器的位置信息的确定。

Description

无线通信系统中的方法； 系统，发射器和接收器
本发明涉及一种利用码分多址技术的无线通信系统中的方法，该系统包括通信交换中心，发射器和接收器，在该方法中，向发射器确定一个标识符，向所述发射器和所述接收器之间的无线电链路通信信道确定一个通信信道标识符，并借助代码序列把发射器和接收器之间的无线电链路的信道相互区分开。本发明还涉及利用码分多址技术的无线通信系统，该系统包括通信交换中心，发射器和接收器，在该系统中，通信交换中心为发射器确定一个标识符，该发射器为所述发射器和所述接收器之间的无线电链路通信信道确定一个通信信道标识符，并借助代码序列，把发射器和接收器之间的无线电链路的信道相互区分开。此外，本发明还涉及该系统中使用的发射器和接收器。
为了使可能的同时用户的数目达到最大，并且同时提供可靠的通信链路，无线通信系统使用各种多路接入方法，把无线电通路资源分配给用户。这些方法包括FDMA(频分多址)，TDMA(时分多址)和CDMA(码分多址)。在第三代移动系统中，普遍使用CDMA技术，即码分多址技术；这是一种使用扩展频谱技术的多路接入方法，其中在载波调制之前，利用代码序列调制基带信号。借助该代码序列把用户区分开。正在持续不断地研究把CDMA技术应用于其它无线数据传输的可能性。
在CDMA技术中，在发射器和接收器之间的单向数据传输中，只使用一个频率，但是带宽较宽。通过利用代码序列来调制基带信号，基带信号的带宽被显著增大。使用的代码序列是伪随机噪声序列，即该代码序列类似于随机噪声，但是是确定性的。该代码序列彼此几乎完全正交。增大信号的带宽可补偿噪声、多路传播和其它用户的数据传输链路引起的干扰。按照扩展频谱技术的原理分配的频道同时适用于所有的用户，同时，使用的发射功率受到控制和限制。传送的宽带信号类似于背景噪声，但是了解正确代码序列的接收器可从背景噪声中找出指定给它的信号，并根据该信号，可以通过解调产生原始消息。
对于能够相互通信的发射器和接收器来说，它们都需要知道链路中使用的代码序列。代码序列产生自掩码(code mask)，即产生自根据某些规则形成的长二进制位。利用某些算法，用逻辑运算器处理掩码，结果是周期性的代码序列。由于可用的代码序列的数目有限，并且由于发射器的覆盖范围，即蜂窝部分重叠，使用相同代码序列的发射器必须彼此间隔足够的距离。通过利用根据CDMA系统的通信信道，每个发射器与其自身蜂窝区域内的接收器通信，根据掩码，这些根据CDMA系统的通信信道都被定义了它们自己的代码序列。通过同步信道，使用的代码序列被传给接收器。上面描述的进程使最佳的网络设计变得很困难，因为该设计必须考虑蜂窝大小，使用的发射功率，代码序列的数目，各种服务的数目，蜂窝网络的覆盖范围，以及蜂窝的重叠等等。
在使用移动发射器提供本地服务是有益的情况下，上面描述的进程使网络管理特别困难。在未来的无线通信网络，例如移动网络中，提供本地服务的需求将增大；例如，需要在本地通过公用陆上移动网络提供与大量的本地公共事件相关的客户服务。在这种情况下，移动基站在大多数情况下产生与已经存在的固定蜂窝重叠的蜂窝，网络管理和转换判定变得更为困难。此外，已知的确定代码序列的方法降低了新区域中网络的安装速度，因为必须仔细地设计使用的掩码，从而也必须仔细地设计代码序列，以便不会产生与已存在的本地代码序列的重叠。
本发明的目的是提供一种方法，借助该方法，发射器，发射器和接收器之间的通信信道及利用它们确定的掩码被单独确定。本发明的另一目的是提供一种利用该方法的通信系统，该通信系统克服了上面描述的各种缺陷。
本发明的方法的特征在于：
根据发射器和接收器的位置信息，确定在无线电链路的信道上使用的代码序列。
本发明的无线电信系统的特征在于：
根据发射器和接收器的位置信息确定在无线电链路信道上使用的代码序列。
本发明的发射器的特征在于：
发射器确定其自身的位置；
发射器接收接收器的位置信息；及
发射器根据发射器和接收器的位置信息，确定发射器和接收器之间的无线电链路的代码序列。
本发明的接收器的特征在于：
接收器确定其自身的位置；及
接收器把其位置信息传输给发射器。
本发明的基本构思在于根据设备的位置，确定属于通信系统的设备的数据传输参数。此外，本发明的一个优选实施例的构思是借助这些数据传输参数，确定根据CDMA技术的长掩码。本发明的一个优选实施例的另一构思是把卫星定位用于确定设备的位置。
本发明的优点在于本发明的方法简化了网络管理和网络设计，尤其是在需要把移动基站或临时基站加入基站系统时更是如此。本发明的另一优点是本发明的方法为发射器和接收器之间的每个链路产生一个不同的长掩码，这意味着链路上使用代码序列也是唯一的。本发明的另一优点是通过利用本发明的方法，可快速安装网络或网络的局部部分。
下面将参考附图，更详细地说明本发明，其中：
图1表示了移动系统结构的简化方框图；
图2表示了根据IS-95系统的前向CDMA信道的代码信道结构的简化方框图；
图3表示了IS-95系统中的长掩码的一般位格式；
图4表示了根据本发明的一个优选实施例，由通信交换中心实现的定义发射器标识符的例证流程图。
图5表示了根据本发明的一个优选实施例，由发射器实现的定义发射器和接收器之间的无线电通路上的通信信道的标识符的例证流程图。
图1示出了本发明中使用的移动网络的大体结构。移动站(MS1-MS4)通过无线电路径与基站(BS1-BS4)相连。通常，基站BS1-BS4通过有线连接与移动电话交换局(MTSO)相连，不过该连接也可是无线的。移动电话交换局通过本地交换中心与公用电话网络(图中未表示)相连。移动网络的大体结构为本领域中的技术人员熟知，因此这里不必更详细地描述移动网络的大体结构。
下面将参考移动网络中使用的CDMA系统(IS-95)，并根据图2和3，更详细地举例说明本发明。显然，本发明并不仅仅局限于移动网络，还可在所附权利要求的范围内应用于任意无线电信系统。
在所讨论的系统中，一个基站在前向CDMA信道上向多个移动站传送信号。一个前向CDMA信道包括64个代码信道，其中，根据一种典型安排，代码信道W0被保留为导频信道，代码信道W32被保留为同步信道，代码信道W1-W7被保留为寻呼信道(Wp)，剩余的55个代码信道可被用作前向业务信道(Wn)。导频信道连续传送未调制的逻辑0数据，移动站把该数据用于定时并找出正确的解调相位基准。在卷积编码器(CE)中对其它代码信道上的数据进行信道编码，以增大冗余。数据达到这些代码信道的卷积编码器CE的速率可从1.2到9.6kbps不等，这是离开卷积编码器CE的数据被转到符号再现块(SR)的原因，在块交织(BI)之前，符号再现块负责把具有不同速率的信道转变为某一速率。在同步信道上，该速率为4.8kbps，在业务信道和寻呼信道上，该速率为19.2kbps。块交织防止在同一信道上产生几个连续的突发性错误。通过在数据扰频器(DS)中执行与每个交织信号的长代码的模-2-求和，业务信道信号和寻呼信道信号被加密。长代码是产生自特定于每个基站，代码信道和寻呼信道的42位长掩码的周期性代码序列。长代码发生器(LCG)在1.2288MHz频率下，根据长掩码产生一个周期性的伪随机噪声序列(PN序列)，第一个抽取器(Dec1)从该伪随机噪声序列中，把各个第64个二进制位送入扰频器。在业务信道上，并由第二个抽取器Dec2同步的用于移动站功率控制的功率控制位被送入在多路复用器mux中被传输的信号中。通过使每个信号乘以其自身的Walsh函数，使每个代码信道的信号正交于其它的信号。之后，通过使信号乘以上面提及的PN序列的正交相位(I和Q信号)，进一步扩展信号的频谱(QS，正交扩展)。在基带过滤(BBF)之后，在前向CDMA信道上求和载波调制的BPSK(二进制相移键控)分量，产生适于传输的QPSK调制(正交相移键控)信号。
本发明的一个优选实施例涉及根据基站位置确定上面描述的长掩码，并涉及根据移动站位置，确定为每个代码信道形成的长代码。图3表示了IS-95系统中的通用长掩码格式。Pilot-PN字段包括9个二进制位，它描述前向CDMA信道的PN序列偏移值。一个16位的基站标识符被输入Base-ID字段。在其自身的3位和5位字段中规定使用的寻呼信道和业务信道(PCN，寻呼信道数目，TCN，业务信道数目)。剩余的9个二进制位被保留给长掩码的标题字段。
下面，将根据图4更详细地描述本发明的实现。图4中的方框图图解说明了当根据本发明的一个优选实施例，确定基站BS的标识符Base-ID时，移动电话交换局MTSO的操作。根据本发明的一个优选实施例，移动电话交换局MTSO保存关于为基站BS确定的标识数据的数据库。当试图连接移动网络时，基站BS向移动电话交换局MTSO传送一个询问，该询问包括关于所涉及的基站是固定的还是移动的信息。首先通过分别根据哪个基站的标识符Base-ID的第一个二进制位(MSB)被确定为1或0，把基站分成固定基站和移动基站，从而完成标识数据的确定。根据基站的地理位置，继续基站标识数据的确定，以便根据基站的位置坐标，永久地确定固定基站的标识符Base-ID。对于移动基站来说，根据基站与网络相连时基站的位置坐标来确定标识符。需要时，可重置该移动基站标识符。由于定位系统的不精确，位置很近的两个基站BS1和BS2可能把相同的位置信息传给移动电话交换局MTSO，这是每个位置信息必须具有一个主标识符和几个次标识符的原因。基站BS把其位置坐标传给移动电话交换局MTSO，移动电话交换局MTSO根据接收的位置信息，检查其数据库，判断为所讨论的区域产生的主基站标识符是否是自由的。如果是，则移动电话交换局MTSO把该自由的主标识符分配给该基站。如果主标识符已被保留，则把任意次标识符分配给基站BS。上面描述的进程适用于固定基站和移动基站。实际上，固定移动网络中的基站得到为该区域形成的主标识符，而移动基站得到其中一个次标识符。
根据使用的信道标识符，确定为基站BS和移动站MS之间的每个业务信道形成的长掩码。下面，根据图5中的方框图，描述基站BS实现的通信信道标识符的确定。根据本发明的一个优选实施例，基站BS根据移动站MS的位置，为链路分配业务信道(TCN)。这可以下述方式完成，即，基站BS保留包含根据位置坐标确定的基站的覆盖范围，即蜂窝的数据库，所讨论的蜂窝根据业务信道的数目被分成多个分区，对于所述分区，已确定了一个主业务信道。当移动站MS建立与基站BS的连接时，移动站MS把其位置坐标传送给基站BS。基站BS确定对应于位置坐标的业务信道TCN，并检查数据库，判断包含移动站位置坐标的蜂窝分区的主业务信道是否是空闲的。如果是，则把空闲的主业务信道分配给移动站MS，同时，使业务信道标识符TCN与该链路上使用的长掩码联系起来。如果主业务信道不空闲，则基站BS设法把主要属于可能最接近于移动站MS的蜂窝分区的业务信道分配给移动站MS。
根据本发明的一个优选实施例，在不考虑实现本发明所需的变化的情况下，移动电话交换局MTSO，基站BS和移动站BS的实现与本领域的技术人员熟知的常规实现相同。这样，显然基站BS和移动站MS包括，例如用于通过无线电通路彼此传送信号的收发器，存储数据的存储器和处理数据的微处理器。
一个移动的、临时基站通常与由固定基站形成的蜂窝网络形成一个重叠蜂窝。这不是问题，因为该基站的标识符不同于固定基站的标识符，从而形成的长掩码也特定用于每个移动站。对于网络管理来说，移动站连接哪个重叠蜂窝会带来问题。通常，移动基站提供特殊的服务，例如与本地公共事件有关的服务。如果移动站向网络请求这种特殊服务，则特定于服务的服务标识符被加入请求信号中，并且根据服务标识符，移动交换中心知道把移动站引导到正确的基站。在公共网络服务中，根据已知的转移算法，实现蜂窝的变换，即越区切换。
本发明的一种应用是以特别适于由官方或公司使用的广播类信号的形式提供所述的特殊服务。在这种情况下，在其中提供所讨论的服务的每个蜂窝的范围中，一个业务信道被保留为广播信道，在该广播信道上，仅使用一个代码序列传送服务信号。每个区域中使用的代码序列最好被存储在移动站的存储器中。这样，希望或授权使用提及的服务的移动站可根据移动站的位置信息，选择接收广播信号时使用的正确代码序列，并调谐收听正确的信道。
在本发明的一个优选实施例中，利用卫星定位实现根据本发明的位置确定。当设计第三代移动站时，提出了使卫星定位接收器与移动站结合的构思。根据本发明的一个优选实施例，相应的卫星定位接收器也被结合到基站中。一种最先进的卫星定位系统被称为全球定位系统(GPS)。下面，将简要说明GPS的操作。但是，卫星定位系统的实现方法与本发明的操作没有任何关系，因此在这种情况下，对卫星定位系统的描述不是必需的。对于本领域中的技术人员来说，显然除GPS外的任意卫星定位系统也可用于定位。
GPS是由美国国防部操纵的卫星定位系统，该系统包括围绕地球飞行的24个卫星。卫星轨道和卫星在轨道中的位置被设计成使得在任何地方的定位接收器都可同时接收来自至少五个卫星的信号。由于精确定位需要测量4个维数(3维空间和时间)，因此四个不同卫星的信号被用于计算该位置。GPS卫星在两个不同的频率下传送它们的信号，民用的L1频率，约为1.57GHz，军用的L2频率，约为1.23GHz。借助这两个信号，传送两个二进制定时代码，即仅在L1频率下传送的C/A(近似/调整)代码，及在L1和L2频率下传送的P(精确)代码。通过分析这两个定时代码，可以1-100米的精度确定定位接收器的位置，这取决于接收器的水平。通过首先分析定时代码，随后把定时代码从信号中过滤出来，并确定信号中产生的多普勒相位偏移，可实现更精确的测量。这种测量的进行速度较慢(5-45min)但是可得到毫米级的精度。利用地面上的已知精确位置的基准基站，也可快速完成测量。这种情况下，在几秒内完成的测量可提供精度为2cm-1m的位置，这取决于到基准基站的距离。上面公开的数字举例说明了当前的GPS技术，但是在未来，就测量精度和测量速度而论，GPS系统的性能将得到改进。
在需要把移动或临时基站加入基站系统中的情况下，本发明的系统简化了网络管理和网络设计。本发明的进程确保了一个不同的长掩码，并借助该长掩码，为每个连接确保一个不同的PN序列。如果需要，可使用相同的基站标识符，只要使用相同标识符的两个基站之间的距离足够大，即至少为蜂窝直径的两倍。当管理基站时，长掩码中使用的基站标识符不必和移动交换中心使用的那些标识符相同。另外应注意的是基站不一定是位于地面上的基站，在本系统中也可使用卫星基站。
利用本发明的系统，可快速安装网络或网络的局部部分。于是，本发明的通信网络特别适于军队或官方使用。
本发明的实现并不局限于根据IS-95标准的CDMA系统。本发明还可在各种宽带码分多址系统，即WCDMA系统中被实现。就实现而言，这些WCDMA系统稍微不同于IS-95系统，但是，例如长掩码的产生，及根据其产生的代码序列在原理上是按照相同的方式实现的。从而，本发明也可在WCDMA系统中实现。
本发明还可在MC-CDMA系统(多载波码分多址)中实现，在该系统中，基于代码序列的CDMA类频谱扩展和信道识别与基于OFDM(正交频分多路复用)多载波调制相结合。通过对信号进行快速傅里叶变换(FFT)，在MC-CDMA系统中传输的信号被分布到子载波上。为每个子载波确定一个常数时间相位偏移，并根据产生的代码序列，以CDMA方式确定其长度。最后，已研究了MC-CDMA对于无线局域网(WLAN)的适宜性，本发明也可应用于无线局域网。
例子，附图及与之相关的说明只是用于举例说明本发明。对于本领域中的技术人员来说，在附加的权利要求的范围内，显然可以多种不同的方式完成本发明的详细实现。

Claims (23)

1．一种使用码分多址技术的无线通信系统中的方法，所述系统包括通信交换中心，发射器和接收器，在所述方法中，为发射器确定一个标识符，并为所述发射器和所述接收器之间的无线电链路业务信道确定一个业务信道标识符，在所述方法中，借助代码序列，发射器和接收器之间的无线电链路的信道被相互区分开，其特征在于：
根据发射器和接收器的位置信息，确定在无线电链路的信道上使用的代码序列。
2．按照权利要求1所述的方法，其特征在于：
根据发射器的位置，确定发射器的标识符；
根据接收器的位置，确定发射器和接收器之间的无线电链路的业务信道标识符。
3．按照权利要求2所述的方法，其特征在于：
发射器标识符以及发射器和接收器之间的无线电链路的业务信道标识符被设定为长掩码的一部分。
4．按照权利要求3所述的方法，其特征在于：
至少一个业务信道被用作广播信道，这种情况下，在发射器和所有接收器之间的无线电链路上，使用相同的业务信道标识符。
5．按照权利要求4所述的方法，其特征在于：
接收器根据其位置，确定将在广播信道上使用的代码序列。
6．按照权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于：
在无线电链路上使用宽带码分多址技术(WCDMA)。
7．按照权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于：
在无线电链路上使用基于OFDM(正交频分多路复用)的多载波码分多址技术(MC-CDMA)。
8．按照权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于：
通过诸如GPS之类的卫星定位系统，得到发射器和接收器的位置信息。
9．一种使用码分多址技术的无线通信系统，该系统包括通信交换中心，发射器和接收器，在该系统中，通信交换中心为发射器确定一个标识符，该发射器为所述发射器和所述接收器之间的无线电链路业务信道确定一个业务信道标识符，并且在该系统中，借助代码序列，发射器和接收器之间的无线电链路的信道被相互区分开，其特征在于：
根据发射器和接收器的位置信息，确定在无线电链路的信道上使用的代码序列。
10．按照权利要求9所述的通信系统，其特征在于：
根据发射器的位置，确定发射器的标识符；
根据接收器的位置，确定发射器和接收器之间的无线电链路的业务信道标识符。
11．按照权利要求10所述的通信系统，其特征在于：
发射器标识符以及发射器和接收器之间的无线电链路的业务信道标识符被设定为长掩码的一部分。
12．按照权利要求11所述的通信系统，其特征在于：
至少一个业务信道被用作广播信道，在该广播信道上，发射器和所有接收器之间的无线电链路的业务信道标识符相同。
13．按照权利要求12所述的通信系统，其特征在于：
接收器根据其位置，确定将在广播信道上使用的代码序列。
14．按照权利要求9-13任一所述的通信系统，其特征在于：
无线电链路使用宽带码分多址技术(WCDMA)。
15．按照权利要求9-13任一所述的通信系统，其特征在于：
无线电链路使用基于OFDM的多载波码分多址技术(MC-CDMA)。
16．按照权利要求9-15任一所述的通信系统，其特征在于：
通过诸如GPS之类的卫星定位系统，得到发射器和接收器的位置信息。
17．一种使用码分多址技术的发射器，例如移动网络中的基站，该发射器为发射器和接收器之间的无线电链路的业务信道确定一个业务信道标识符，并且该发射器借助代码序列把接收器相互区分开，其特征在于：
发射器确定其自身的位置；及
发射器接收接收器的位置信息；及
发射器根据发射器和接收器的位置信息，确定发射器和接收器之间的无线电链路的代码序列。
18．按照权利要求17所述的发射器，其特征在于：
发射器接收根据发射器的位置确定的发射器标识符。
19．按照权利要求17或18所述的发射器，其特征在于：
发射器使用宽带码分多址技术(WCDMA)。
20．按照权利要求17或18所述的发射器，其特征在于：
发射器使用基于OFDM的多载波码分多址技术(MC-CDMA)。
21．按照权利要求17-20任一所述的发射器，其特征在于：
发射器借助诸如GPS之类的卫星定位系统，确定其位置信息。
22．一种使用码分多址技术的接收器，例如移动站，该接收器接收为发射器和接收器之间的无线电链路确定的代码序列，其特征在于：
接收器确定其自身的位置；及
接收器把其位置信息传输给发射器。
23．按照权利要求22所述的接收器，其特征在于：
根据接收器的位置，接收器确定将在广播信道上使用的代码序列。
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