CN1331525A

CN1331525A - 扩频通信系统及其方法

Info

Publication number: CN1331525A
Application number: CN01118883A
Authority: CN
Inventors: 细见孝大
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: Lenovo Innovations Co ltd Hong Kong
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2002-01-16
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: EP1168701B1; US7359424B2; CN1218524C; HK1041127A1; EP1168701A2; US20020001336A1; EP1168701A3; JP3438703B2; DE60112668T2; DE60112668D1; JP2002016526A

Abstract

一种扩频通信系统和一种方法,可以提供对选择性衰落的抵抗力,并通过降低接收误比特率来防止电路使用率的降低。该扩频通信系统包括控制装置,用于根据通信质量来控制对方站的发射带宽和发射功率。

Description

扩频通信系统及其方法

本发明一般涉及扩频通信系统及其方法。更具体地说，本发明涉及一种直接扩频的通信系统及其方法。

在直接扩频系统中，为了保证通信质量，通常采用的手段是根据接收误比特率的增大和减小来提高和降低发射功率。即，当接收误比特率增加时提高发射功率，当接收误比特率减小时降低发射功率。

在常规扩频通信系统中，每个系统的一个信道的带宽是确定的。当数据传输率变化时，所用信道被改变为具有二、四和八倍的更宽带宽的其它信道。然而，考虑到实际使用的通信质量和电路容量，常规通信系统的信道带宽是否合理是值得怀疑的，现在不断地遇到尝试和错误。即，在某一时间上在某一通信环境下带宽对于某一电路可能是不需要的，在另一时间上可能需要更宽的带宽。因此，需要获得带宽的最佳值。另一方面，由于近年来频率资源的急剧耗竭，期望更大容量的通信系统。而且，由于节省功率、延长通信周期、减少电池容量和降低终端重量，需要更长的等待时间。

因此，根据情况改变频率带宽的技术已经在日本待审专利公开文献JP昭6-14006(下文称作公开文献1)、JP昭6-46033(下文称作公开文献2)、JP昭6-216875(下文称作公开文献3)和JP昭6-252881(下文称作公开文献4)中被公开。

公开文献1中公开的技术是在传输质量降低时增加带宽。公开文献2中公开的技术是在误比特率小时降低纠错能力以通过降低信息发射速率来减小带宽。公开文献3中公开的技术是当误比特率较小时，通过降低处理增益来减小带宽。公开文献4中公开的技术是根据误比特率结果来判断传输路径状况，当传输路径状况条件好时使用QPSK调制以降低带宽，当传输路径状况条件不好时使用BPSK调制以增加带宽。

公开文献1和4的技术都是在传输质量降低时增加频带带宽。另一方面，公开文献2和3公开的技术中没有提到当传输质量降低时的情况。

然而，根据接收误比特率的增加和降低来提高和降低发射功率的方法将不为选择性衰落提供任何根本的解决方法，在选择性衰落中载波频带中的某一频带被丢失。另一方面，因为将提高发射功率作为降低选择性衰落所引起的接收误比特率的措施，恐怕会干扰被复用的其它信道。

另一方面，在公开文献1和4中所公开的当传输质量降低时增加频带带宽的技术中，遇到这样一个问题，即频带带宽的增加不可避免地导致每一单位频率的电路使用率的降低。

因此，本发明的目的是提供一种扩频通信系统和一种方法，它可以提供对选择性衰落的抵抗力，并可以通过降低接收误比特率来防止电路使用率的降低。

根据本发明的第一方面，一种扩频通信系统，包括控制装置，用于根据通信质量控制对方装置的发射带宽和发射功率。

根据本发明的第二方面，一种扩频通信方法，包括控制步骤，用于根据通信质量控制对方装置的发射带宽和发射功率。

根据本发明，当通信质量降低时，在其余电路具有余量时增加发射带宽。如果没有可用的余量，则提高发射功率。因此，可以提供对选择性衰落的抵抗力，并可以降低接收误比特率以防止电路使用率的降低。

根据下面给出的详细说明和根据本发明优选实施例的附图，将更完整地理解本发明，然而，本发明的优选实施例不应视为对本发明的限制，而仅用于解释和理解的目的。在附图中：

图1图示根据本发明的扩频通信系统的优选实施例的结构；

图2图示控制部分13的一个例子的结构；

图3是一个流程图，表示为对方站获得发射命令的操作的一个例子；

图4是阈值的示意图；

图5是在本发明中使用的频带的概念图；

图6图示纠错码和数据速率之间的关系；

图7图示衰落和信号之间的关系；

图8图示衰落和信号之间的关系；

图9图示衰落和信号之间的关系。

优选实施例的说明

下面将参考附图利用本发明的优选实施例详细地讨论本发明。在下述说明中，阐述许多具体的细节以提供对本发明的全面理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说显然可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。另外，对于公知的结构不进行详细的说明以避免不必要地使本发明不清楚。

首先，将讨论本发明的特点。本发明的特征在于使用直接扩频型扩频通信系统提供稳定的通信质量。通过不仅根据接收误比特率的增加和降低、而且根据传输带宽的增加和减少来最佳地控制发射功率，本发明提供更加稳定的通信质量。即，当通信质量降低时，如果在其余的电路中存在余量，则加宽频率带宽，如果在其余的电路中不存在余量，则提高发射功率，从而避免选择性衰落。

从而，可以将发射功率抑制到较低的功耗，可以限制对码分复用的其它信道的影响。另一方面，通过限制对被复用的其它信道的影响，预期电路容量将增加。

接着，将讨论在本发明中使用的频带。图5是将在本发明中使用的频带的概念图。如图5所示，在本发明中，将可允许的频带范围划分成具有不同种类带宽的信道。作为图示的一个实施例，某一系统可以使用的频带1被划分成窄带信道2、中等频带信道3和宽带信道4，并分别提供3个、2个和1个信道以总共具有6个信道。另一方面，上行(发射)和下行(接收)被划分成从窄带信道到宽带信道。每个扩频通信系统在多种带宽的信道之中选择将由本系统使用的信道。另一方面，装备有包括如图1所示的码片速率可变装置的扩频通信装置的扩频通信系统能够利用具有图2所示结构并根据图3所示的流程图执行操作的控制部分13、时钟振荡器10和15、本地(LO)振荡器11和14和误码率测量设备8来选择最佳的几种带宽，从而最小化发射功率。

下面，将参考附图讨论本发明的实施例。图1图示根据本发明的扩频通信系统的优选实施例的结构。参见图1，该扩频通信系统由接收部分31、发射部分32和控制部分13构成。

然后，接收部分31由射频放大部分5、变频部分6、扩频解调部分7、误码率测量设备8、PN(伪噪声)生成器9、时钟生成器10、接收LO(本地)振荡器11和基带处理部分12构成。

另一方面，发射部分32由功率放大部分17、变频部分18、扩频调制部分19、控制信息添加部分20、PN(伪噪声)生成器16、时钟生成器15、发射LO(本地)振荡器14和基带处理部分21构成。

控制部分13控制将选择图4所示频带之中的哪一个频带。控制部分13控制时钟生成器10的频率，PN生成器9在由时钟生成器10确定的码片速率上生成一个PN码。根据该码片速率来选择将被选择的频带，即窄带信道2、中等频带信道3和宽带信道4之一。

类似地，控制部分13控制时钟振荡器15的频率。PN生成器16在由时钟振荡器15确定的码片速率上生成PN码。根据该码片速率来选择将被选择的频带，即窄带信道2、中等频带信道3和宽带信道4之一。

而且，控制部分13控制接收LO振荡器11的频率。由此来设置将被选择的信道频率。即，如果将被选择的信道是窄带信道2，选择三个信道中的一个信道。当将被选择的信道是中等频带信道3时，选择两个信道中的一个信道。当将被选择的信道是宽带信道4时，选择唯一的宽带信道。

类似地，控制部分13控制发射LO振荡器14的频率。由此来设置将被选择的信道频率。即，如果将被选择的信道是窄带信道2，选择三个信道中的一个信道。当将被选择的信道是中等频带信道3时，选择两个信道中的一个信道。当将被选择的信道是宽带信道4时，选择唯一的宽带信道。

另一方面，控制部分13具有频率资源的使用信息，并执行指定边缘频带的工作。因此，对于扩频通信系统，在发射电波和接收电波中不必具有相同的带宽，并且都可以被动态地设置，也可以将其中的任一个设置为固定的。

而且，控制部分具有通过控制射频放大部分5来控制接收增益和通过控制功率放大部分17来控制发射功率的功能。

应当指出，在下文将讨论执行这些控制所依据的信息。

下面将讨论扩频通信系统的操作。所接收的射频信号d1由射频放大部分5放大成信号d2，然后输入给变频部分6。将被输入给变频部分6的信号d2通过与接收LO振荡器11所生成的接收LO信号d3混频被转换成信号d9。然后，由扩频解调部分7使用PN生成器9生成的PN码d4将信号d9解调成一个解调信号(基带信号)d5。基带信号d5被输入给误码率测量设备8以测量误码率。所获得的误码率信息d6和从解调数字信号d7提取出的发射命令信息d8被报告给控制部分13。另一方面，数字信号d7被输入给基带处理部分12以接受基带处理。

另一方面，由基带处理部分21处理的发射信息d11的基带被输入给控制信息添加部分。在控制信息添加部分20中，从控制部分13到对方站的发射命令信息d12被添加给发射信息d11。来自控制信息添加部分20的输出信号d13被输入给扩频调制部分19以使用由PN生成器16生成的PN码d14将其扩频调制成调制信号d15。由变频部分18混频调制信号d15和发射LO振荡器14的发射LO信号d16，从而转换成信号d17。由功率放大部分17将信号d17放大成预定功率，然后发射。

接着，将讨论控制部分13的结构。图2图示控制部分13的一个例子的结构。参见图2，控制部分13由接收增益分配控制部分41、接收控制运算部分42、发射机增益分配控制部分43和发射控制运算部分44。

接着，将讨论控制部分13的操作。参见图2，通过接收控制运算部分42，根据由误码率测量设备8测量的信号误码率信息d6和包括当前接收码片速率和频率使用条件的通信信息d21，控制部分13获取到对方站的发射命令信息d12、接收本地控制信号d22和接收机增益d23。接收接收机增益d23的接收增益分配控制部分41发送接收射频放大器控制信号d24和接收时钟控制信号d25。发射控制运算部分44接收来自对方站的包括发射码片速率和发射命令信息d8的通信信息d41，并获得发射本地控制信号d26和发射机增益d27。接收发射机增益d27的发射机增益分配控制部分43输出发射功率放大器控制信号d28和发射时钟控制信号d29。

接着，将讨论具体的操作。在下述讨论中，本地站被称作通信站A，对方站被称作通信站B。

(1)通信站A的控制部分13确定通信站B的带宽、频率和功率的增加和降低，发射将要发送给通信站B的数据和所添加的发射命令信息d12。

(2)同时，通信站A的控制部分13在适当的时间上切换通信站A的接收带宽和频率，以便根据发射命令信息d12接收通信站B的发射电波。

(3)当通信站B接收从通信站A发射的数据时，控制部分13根据从所接收的数据中提取的数据d8控制将要发射的带宽和功率。

(4)而且，根据来自误码率测量设备8的误码率信息d6，通信站B的控制部分13确定通信站A的带宽、频率和功率的增加和降低，以向通信站A发射将要发射的数据和所添加的发射命令信息d12。

(5)同时，通信站B的控制部分13在适当的时间上切换接收带宽和通信站B的频率，以根据发射命令信息d12接收通信站A的发射电波。

(6)当通信站A接收从通信站B发射的数据时，控制部分13根据从所接收的数据中提取的数据d8控制将要发射的带宽和功率。

下面，重复从(1)到(6)的操作。从而，通信站A和B构成一个循环以自治地控制发射和接收。

接着将参考图3和图4讨论在控制部分13中获取发射命令的操作。图3是一个流程图，表示为对方站提取发射命令的操作的一个例子，图4示例性地图示一个阈值。

如图4所示，对于接收误码率d6，预先设置阈值TH1和TH2(假设TH1＜TH2)。参见图3，当控制部分13收到接收误码率d6时(S1)，检查接收误码率d6是否小于阈值TH1(S2)。然后，当判断出接收误码率d6小于阈值TH1(在步骤S2为是)时，检查对方站的发射功率是否为最小(S3)。当判断出发射功率是最小时(在步骤S3为是)，检查空闲频带是否出现在比当前使用的频带更窄的频带中(S4)。然后，如果判断出空闲频带出现在更窄的频带中(在步骤S4为是)，命令对方站改变到更窄的频带并改变频率(S5)。

另一方面，当判断出对方站的发射功率不是最小时(在步骤S3为否)，命令对方站降低发射功率(S6)。另一方面，当判断出空闲频带未出现在更窄的频带中时(在步骤S4为否)，则命令对方站维持当前的发射功率和频带(S7)。

而且，当在步骤S2检查的接收误码率d6不低于阈值TH1(大于或等于阈值TH1)时(在步骤S2为否)，进一步检查接收误码率d6是否大于或等于阈值TH2(S8)。如果判断出接收误码率d6大于或等于阈值TH2时(在步骤S8为是)，检查空闲带宽是否出现在比当前使用的频带更宽的频带中(S9)。如果判断出空闲频带出现在更宽的频带中(在步骤S9为是)，则命令对方站将频带从较窄的频带改变到较宽的频带并改变频率(S10)。

另一方面，当在步骤S8检查的接收误码率d6不大于或等于阈值TH2时(小于阈值TH2)(在步骤S8为否)，命令对方站维持当前发射功率和频带。另一方面，如果在步骤S9判断出在更宽的频带中未出现空闲频带(在步骤S9为否)，则命令对方站提高发射功率(S12)。

应当说明，虽然所示的实施例静态地设置信道带宽(参见图5)，也可以在一个频率轴和相应的频带上动态地设置相应信道的结构。而且，虽然每个站以自治的分立方式执行信道选择，还可以例如在基站一侧上根据来自各个站的信息集中地为各个电路执行信道分配。

下面，将讨论本发明的实施例。首先，将讨论第一实施例。在上述实施例中，通过改变码片速率实现信道的改变，还可以通过改变数据速率来改变带宽。下面的第一实施例涉及数据速率的改变。

首先，作为前提，满足下述条件：

(1)建立数据速率×扩频比＝码片速率；

(2)扩频增益正比于扩频比；和

(3)在信噪比大、扩频增益大和衰落小等限制的条件下，发射质量被改善。

即，图示的系统是通过改变数据比来改变频段而不是在改变码片速率时改变扩频比的系统。其算法类似于通过改变码片速率来改变扩频比的系统。因此，基带处理部分12和21被提供选择改变数据速率或改变扩频比的功能(参见图1的从控制部分13到基带处理部分12和21的控制信号d31和d32)。即，基站处理部分12和21根据控制信号d31和d32执行选择以改变数据速率或改变扩频比。

接着，将讨论第二实施例。虽然在第一实施例中通过改变数据速率来改变带宽，还可以通过改变纠错码的比特数来改变带宽。第二实施例涉及改变纠错码的比特数。

图6图示纠错码和数据速率之间的关系。如图6所示，通过增加和降低纠错码的比特数(纠错码的比率)而不改变每一单位周期的数据量，可以增加和降低数据速率，从而可以改变带宽。由此，可以预见不仅可以针对衰落环境优化频率带宽，而且通过增加纠错码还降低了误比特率。

最后，作为本发明的一个目的，试图“提供对选择性衰落的抵抗力”。下面将讨论其含义。图7至图9图示衰落和信号之间的关系。在图7至9中，水平轴表示频率(Hz)，垂直轴表示增益(dB)。

图7以滤波器特性图示在连接移动站(通信站A)和基站(通信站B)的某一路径中衰落的瞬时抑制条件。在这种衰落环境下，窄带信号C的通过特性如图8中所示，宽带信号D的通过特性在图9中图示。图8所示的扩频信号C的能量与图9所示的扩频信号D相等。比较图8和图9的扩频信号，可以看出与图8的扩频信号C相比，更大幅度的能量保留在图9的扩频信号D中(图8和图9的阴影区域)。在扩频通信系统的情况下，通过解扩来解调扩频信号。因此，即使以基本均匀的形式保留了在频带上扩展的一部分能量，也保留了成功解调的可能性。这是扩频通信系统能够很好地抵抗选择衰落的原因。即，在根据本发明的扩频通信系统中带宽加宽的优点利用了即使在平坦衰落的情况下，当带宽加宽时可以被选择性衰落的事实。

根据本发明，因为用于根据通信质量控制对方装置的发射带宽和发射功率的控制装置，可以提供对选择性衰落的抵抗力，并与之结合，可以降低接收误比特率以成功地防止电路使用率的降低。

更具体地说，对于接收误比特率的增加，本发明切换到更宽频带的信道以提供对选择性衰落的抵抗力，并获得扩频增益以降低接收误比特率。另一方面，通过图3所示的控制逻辑流程图。鉴于基站和终端之间通信路径中的衰落和传输损耗，对于在较简单环境中的终端，选择窄带信道，对于较恶劣环境中的终端则选择宽带信道，以允许在每个通信路径中以可能的最小功率进行发射和接收。通过最小化发射功率，可以抑制对码分复用的其它信道的影响以增加电路容量。而且，通过降低发射功率，可以在终端中实现节省功率。而且，因为可以根据通信路径中的诸如衰落、传输损耗等通信环境来优化码片速率，可以降低执行扩频处理的集成电路上的负荷，从而为终端中的节省功率做贡献。

由此，根据本发明的扩频通信系统可以提供比常规扩频通信系统更稳定的通信质量。另一方面，可以降低发射功率以实现节省功率和增加电路容量。

而且，根据本发明，因为包括根据通信质量控制对方站的发射频带和发射功率的控制步骤，可以实现如上所述的效果。

尽管已经针对其示范性的实施例图示和描述了本发明，本领域的普通技术人员应当理解在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在其中和对其进行上述和各种其它改变、省略和添加。因此，本发明不应当被理解为限制于上述的具体实施例，而应当包括针对其特征在权利要求书中所阐述的覆盖范围及其等价范围内可以实施的所有可能的实施例。

Claims

1.一种扩频通信系统，包括控制装置，用于根据通信质量控制对方装置的发射带宽和发射功率。

2.如权利要求1所述的扩频通信系统，其中使用接收误比特率来表示所述通信质量。

3.如权利要求1所述的扩频通信系统，其中当所述通信质量低于一个预定等级时，在比当前使用的频带更宽的频带中存在空闲带宽的情况下，所述控制装置将发射频带改变到更宽的频带。

4.如权利要求1所述的扩频通信系统，其中当所述通信质量低于一个预定等级时，在比当前使用的频带更宽的频带中不存在空闲带宽的情况下，所述控制装置增加发射功率。

5.如权利要求1所述的扩频通信系统，其中当所述通信质量不低于一个预定等级，并且发射功率不是最小时，则降低发射功率。

6.如权利要求1所述的扩频通信系统，其中当所述通信质量不低于一个预定等级并且发射功率是最小时，在比当前使用的频带更窄的频带中不存在空闲频带的情况下，维持当前的频带和发射功率。

7.如权利要求1所述的扩频通信系统，其中当所述通信质量不低于一个预定等级并且发射功率是最小时，并且当空闲频带在比当前使用的频带更窄的频带中存在时，将频带改变成更窄的频带。

8.如权利要求1所述的扩频通信系统，其中所述通信质量根据质量程度被划分成三个等级，当所述通信质量是中间等级时，所述控制装置维持当前的频带和发射功率。

9.如权利要求1所述的扩频通信系统，其中所述控制装置通过改变码片速率来改变发射带宽。

10.根据权利要求1所述的扩频通信系统，其中所述控制装置通过改变数据速率来改变发射带宽。

11.根据权利要求1所述的扩频通信系统，其中所述控制装置通过改变纠错码的比特数来改变发射带宽。

12.一种扩频通信方法，包括控制步骤，根据通信质量控制对方装置的发射带宽和发射功率。

13.如权利要求12所述的扩频通信方法，其中使用接收误比特率来表示所述通信质量。

14.如权利要求12所述的扩频通信方法，其中当所述通信质量低于一个预定等级时，在比当前使用的频带更宽的频带中存在空闲带宽的情况下，所述控制步骤将发射频带改变到更宽的频带。

15.如权利要求12所述的扩频通信方法，其中当所述通信质量低于一个预定等级时，当空闲带宽在比当前使用的频带更宽的频带中不存在时，所述控制步骤增加发射功率。

16.如权利要求12所述的扩频通信方法，其中当所述通信质量不低于一个预定等级，并且发射功率不是最小时，降低发射功率。

17.如权利要求12所述的扩频通信方法，其中当所述通信质量不低于一个预定等级和发射功率是最小时，并且当在比当前使用的频带更窄的频带中不存在空闲频带时，维持当前的频带和发射功率。

18.如权利要求12所述的扩频通信方法，其中当所述通信质量不低于一个预定等级和发射功率是最小时，并且当在比当前使用的频带更窄的频带中存在空闲频带时，将频带改变成更窄的频带。

19.如权利要求12所述的扩频通信方法，其中所述通信质量根据质量程度被划分成三个等级，当所述通信质量是中间等级时，所述控制步骤维持当前的频带和发射功率。

20.如权利要求12所述的扩频通信方法，其中所述控制步骤通过改变码片速率来改变发射带宽。

21.根据权利要求12所述的扩频通信方法，其中所述控制步骤通过改变数据速率来改变发射带宽。

22.根据权利要求12所述的扩频通信方法，其中所述控制步骤通过改变纠错码的比特数来改变发射带宽。