CN1351433A - 直接序列码分多址联接传输方法 - Google Patents

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CN1351433A CN01137468A CN01137468A CN1351433A CN 1351433 A CN1351433 A CN 1351433A CN 01137468 A CN01137468 A CN 01137468A CN 01137468 A CN01137468 A CN 01137468A CN 1351433 A CN1351433 A CN 1351433A
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Abstract

通过在实现快速信号传输的CDMA多路复用中消除插入到代码信道中的导频符号之间的互相关,利用导频符号能够提高信道估算精度的DS－CDMA传输方法。在每个帧装配器中,在固定的间隔上,将用于相干检波的信道估算的导频符号插入到代码信道上的被编码的信息数据中,接着进行调制。扩展调制器对由上述调制器输出的每个代码信道中的调制数据符号进行扩展,利用扩展码对导频符号进行扩展,同时利用不同扩展码对信息符号进行扩展。

Description

直接序列码分多址联接传输方法
本申请是中国专利申请号为97113052.3一案的分案申请。
技术领域
本发明涉及利用移动通信中的扩展频谱实现多址联接的一种直接序列码分多址传输方法(DS-CDMA)，尤其涉及实现多个代码信道的代码多路复用的DS-CDMA传输方法。
背景技术
最近，集中研究和开发DS-CDMA系统作为新一代的移动通信系统。DS-CDMA传输系统利用相同的频带在多个用户之间实现通信，并通过适当地分配给每个用户的扩展代码识别单个用户。
DS-CDMA系统优于频分多址或时分多址系统在于它能在相同的可用频带内增加同时用户的数量，并且因为是在将信息信号扩展为宽带信号后再传输的，因此它适用于高速信号传输。
在移动通信环境中，基站和移动站之间的直接路径是很少没有阻碍的，由此构成了多路传播。结果，接收的信号经受了瑞利衰落。在瑞利衰落中，接收信号的振幅具有瑞利分布，并且其相位具有均匀分布。接收机需要估算接收信号的随机变化相位，以便执行比差分检波更有效的相干检波。估算接收相位的一种实现方法是在固定的间隔上将已知模式的导频符号插入信息符号中，并且根据利用导频信号估算出来的接收相位，估算出每个信息符号的接收相位。在这种情况下，导频符号必须在每个时间间隔上被插入，在此期间，由于衰落而造成的相位波动几乎是可以忽略的。
在DS-CDMA系统中实现高比特率信号传输主要有两种方法：(1)扩展因子(处理增益)随传输信息速率变化的方法；以及(2)对多个信道进行多路复用(转接)的代码多路复用方法，其中每个信道都具有基本的信息速率。本文中，我们将考虑第二种方法。
图16给出了实现绝对相干检波时的一种常规信道结构，它利用上述的导频符号进行信道(振幅和相位)估算。在该图中，N表示代码信道的数目(代码多路复用的数目)。每个代码信道先利用周期和信息符号的周期相等的一种短码(SC-1，…，SC-N)进行扩展，接着再进一步利用其周期比一般的信息符号的周期长得多的一种被称为长码(LC-Y)的扩展码进行扩展。短码用来识别单个代码信道，而长码则用来把某个用户和反向连接信道中相同单元里的其他同时用户，以及正向连接信道中的其他单元里的其他同时用户区分开来。图17给出单个代码信道传输的帧结构。
常规系统存在下面的问题：
(1)被插入到如图16所示的每个代码信道中的导频符号是由分配给每个代码信道用于扩展数据符号的相同扩展代码所扩展的。这导致了多路复用代码信道之间的某些互相关，从而降低了靠导频符号的信道估算精度。换句话说，常规的DS-CDMA代码多路复用方法的问题在于，由于利用不同的扩展代码来扩展各个代码信道的导频符号而导致其他代码信道之间的互相关，从而降低了利用导频符号进行信道估算的精度。当在多路环境下每个路径的接收信号功率减少时，这种精度降低是很显著的。
(2)被插入到如图18A所示的各个代码信道中的各帧中相同位置上的导频符号用于为每个代码信道估算接收相位，以便通过在如图18B所示的导频符号的插入间隔上的插值法，得到关于信息数据序列的信道传递函数。这将导致这样的一个问题，随着衰落波动速度的增加，信道估算的精度将降低。此外，由于传输功率控制也是在导频符号的插入间隔上实现的，即通过测量被插入到如图19所示的各个代码信道的各帧中的相同位置上的导频符号的位置上的接收信号功率，由此所导致的另一个问题是，随着衰落波动速度的增加，传输功率控制的精度也会降低。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种DS-CDMA传输方法，这种方法能提高信道估算的精度，而不会明显增加DS-CDMA代码多路复用中发射机和接收机的电路规模。
本发明的另一个目的是提供这样一种DS-CDMA传输方法，这种方法能提高利用导频符号对信道估算的衰落以及传输功率控制的跟踪能力，而不会明显增加DS-CDMA代码多路复用中发射机和接收机的电路规模。
根据本发明的第一方面，DS-CDMA方法使用代码多路复用方法，该方法通过对多个代码信道的代码多路复用而产生高比特率的传输信道来传送某个信号，这种DS-CDMA传输方法包括步骤：
通过在固定的间隔上将导频符号插入到信息符号中，为各个代码信道装配帧，这些导频符号用于相干检波的信道估算；
利用适当地分配给每个代码信道的扩展代码，在每个代码信道中扩展信息符号，扩展代码是从其周期和信息符号的周期相等并且互为正交的一组正交扩展码中选择的；并且
利用从正交扩展代码组中选择的扩展码中的一个，或者利用任何不是从正交扩展代码组中分配给代码信道中的信息符号的扩展码，在代码信道中扩展导频符号。
根据本发明的第二方面，一种DS-CDMA传输方法采用了代码多路复用方法，后者通过对多个代码信道的代码多路复用产生高比特率传输信道来传输信号，这种DS-CDMA传输方法包括如下的步骤：
通过在固定的间隔上将导频符号插入到信息符号中来为一个代码信道装配帧，这些导频符号用于相干检波的信道估算；
利用适当地分配给每个代码信道的扩展码在每个代码信道中扩展信息符号，扩展码是从相互正交并且其周期和信息符号的周期相等的一组正交扩展码中选择的；并且
利用从正交扩展代码组中选择的一个扩展代码，或者利用任何不是从正交扩展码组中分配给代码信道中的信息符号的扩展码，扩展仅在代码信道中的一个信道中产生的导频符号。
根据本发明的第三方面，DS-CDMA传输方法采用代码多路复用方法，后者通过对多个代码信道的代码多路复用而产生某个高位速率的传输信道来传送信号，该DS-CDMA传输方法包括步骤：
对被传输的数据集体卷积编码；
将被卷积编码的信息数据序列集体地写在每个N×X2间隔上，其中，N为代码信道数目；
在某个方向上写完Z帧中的全部信息数据之后，其中Z为某个自然数，在和该方向(在该方向上，在Z帧中的全部信息数据在每个Y2间隔上被写)垂直的某个方向上读出这些信息数据，其中X2和Y2为自然数，并 ，N×X2×Y2＝Z帧中信息数据的总数的关系；并且
执行交错，在交错后，读信息数据分布到N个代码信道上。
根据本发明的第四方面，DS-CDMA传输方法采用了代码多路复用方法，后者通过对多个代码信道的代码多路复用处理而产生高比特率传输信道传送信号，这种DS-CDMA传输方法当通过在固定的间隔上将用于相干检波的信道估算的导频符号插入到信息符号中为各个代码信道装配帧时，包括步骤：
将N个代码信道分为K块，每块包含H个代码信道，其中N为多路复用的代码信道数目，K为块数，H为块中代码信道的数目，N＝H×K；
将导频符号插入同一块中H个代码信道各帧的相同位置上；并且
一块一块地移动插入导频符号的位置，使得对于K个块中的全部导频符号来说，最接近的导频符号之间的间隔是均匀的。
这里，当利用导频符号实现相干检波的信道估算时，该DS-CDMA传输方法可能进一步包括以下的步骤：
根据该代码信道所属的块中的导频符号插入模式，利用被插入到信息符号中的导频符号得到代码信道中导频符号的位置上的信道估算值；
通过对该块中的H个代码信道的信道估算值求平均值，得出每个块中导频符号位置上的信道估算值；并且
得出被插入到全部代码信道中的全部导频符号的导频符号插入间隔上的关于某个信息数据序列的代码信道传递函数，该传递函数是利用(对于全部代码信道都一样)块中导频符号的位置上的信道估算值，通过插值法得到的。
在这里，当测量用于实现传输功率控制的接收信号功率时，该DS-CDMA传输方法可以进一步包括步骤：
根据该代码信道所属的块中的导频符号插入模式，利用被插入到信息符号中的导频符号测量该代码信道的接收信号功率；
通过对该块中的H个代码信道的测量到的接收信号功率求平均值，得出在每个块中的导频符号位置上的接收信号功率的测量值；并且
利用(对全部代码信道都一样)块中导频符号位置上的接收信号功率的测量值，实现分布到全部代码信道上的全部导频符号的导频符号插入间隔上的传输功率控制。
附图说明
本发明的上述和其他目的、作用、特征和优点将通过下面结合附图对实施例的描述变得更加明确。
图1说明根据本发明的DS-CDMA传输系统中的信道结构的一个示例；
图2给出根据本发明的DS-CDMA传输系统中信道结构的另一个示例；
图3表示根据本发明的DS-CDMA传输系统中纠错编码器实施例的配置；
图4表示根据本发明的DS-CDMA传输系统中纠错编码器的实施例的另一种配置；
图5给出根据本发明的DS-CDMA传输系统中发射机实施例的一种配置；
图6给出根据本发明的DS-CDMA传输系统中接收机实施例的一种配置；
图7给出根据本发明的DS-CDMA传输系统中纠错解码器实施例的一种配置；
图8给出根据本发明的DS-CDMA传输系统中纠错解码器实施例的另一种配置；
图9A说明根据本发明的DS-CDMA传输系统中交错器的操作；
图9B说明根据本发明的DS-CDMA传输系统中去交错器的操作；
图10A说明根据本发明的DS-CDMA传输系统中交错器的操作；
图10B说明根据本发明的DS-CDMA传输系统中去交错器的操作；
图11说明根据本发明的DS-CDMA传输系统中信道结构的另一个例子；
图12给出图12A和图12B的关系；
图12A说明根据本发明的DS-CDMA传输系统中的一种导频符号插入模式(当块数K＝2时)；
图12B说明根据本发明的DS-CDMA传输系统中的一种信道估算方法(当块数K＝2时)；
图13表示根据本发明的DS-CDMA传输系统中传输功率控制时序(当块数K＝2时)；
图14说明图14A和14B之间的关系；
图14A给给根据本发明的DS-CDMA传输系统中发射机实施例的另一种配置；
图14B表示根据本发明的DS-CDMA传输系统中发射机实施例的另一种配置；
图15说明图15A和15B之间的关系；
图15A给出根据本发明的DS-CDMA传输系统中接收机实施例的另一种配置；
图15B给出根据本发明的DS-CDMA传输系统中接收机实施例的另一种配置；
图16说明常规的代码多路复用方法；
图17说明单代码信道传输的帧结构；
图18A给出常规的导频符号插入模式；
图18B表示常规的信道估算方法；
图19表示常规的传输功率控制时序；以及
图20是表示根据本发明的传输和接收方法的流程图。
具体实施方式
现在将结合附图描描述本发明。
实施例1
图1给出根据本发明的DS-CDMA传输系统的信道结构的一个例子。如图1所示，具有基本传输速率fb的代码信道的每个帧包含导频符号和信息数据，其信息速率由扩展因子(处理增益)扩展为宽带信号。这样的基本信道的N代码多路复用使得信息能以N×fb bps的传输速率传输，假定所有的信道都具有和基本信道相同的质量。在这种情况下，如果某个公共的扩展码被用来扩展N个代码信道的导频符号，就能够消除各个代码信道之间的相互关。由于代码信道在多码多路复用传输中都经受相同的衰落，因此可以共同使用相同的导频符号。图2给出了不同于图1的一种信道结构，在这种结构中，只有一个代码信道传输导频符号。
图3给出多码多路复用传输中的纠错编码器的方块图。外部代码编码器1利用并置的纠错码的外部代码对输入信息数据进行编码，由交错器2进行交错，并通过串行到并行转换器3分配到N个代码信道上。接着，对每个代码信道顺序执执行由卷积编码器4执行的卷积编码和由交错器5执行的交错。图9A说明DS-CDMA传输系统的交错方法。对每个代码信道，在Z个帧中的全部信息数据写入在X1数据方向上，并且在垂直于写方向的Y1数据方向上被读出．其中，X1和Y1为自然数，满足关系N×X1×Y1＝Z帧中的信息数据的总数，并且
Figure A0113746800101
。
图4给出DS-CDMA传输系统的发射机的纠错编码器的一种配置。如图3中那样，输入信息数据由外部码编码器6利用并置的纠错码的外部码进行编码，并经交错器7的交错后输出。输出数据集体经卷积编码器8卷积编码，并由交错器9对被卷积编码的信息系列集体地进行交错。图10A说明本DS-CDMA传输系统的交错方法。被卷积编码的信息数据系列在每个N×Xz周期上被写入，并且在此之后把全部信息数据写入到Z个帧中，在每个Y2信息数据周期上从垂直于写方向的方向上读出这些数据．其中，X2和Y2为自然数，满足关系N×X2×Y2＝Z帧中的信息数据的总数，并且
Figure A0113746800102
。
此后，串到并转换器10将交错后的信息数据分配到N个代码信道中。
图5给出DS-CDMA传输系统发射机的方块图。为了相干检波的信遭估算，每个帧装配器11在固定的间隔上将导频符号插入到图3和图4所示的每个代码信道的编码信息数据中(导频符号也可以只被插入一个代码信道中，如果希望这样做的话)。接着，每个调制器12对数据调制。利用对导频符号的扩展码(SC-XLC-Y)以及对各个代码信道的信息符号的扩展码(SC-PLC-Y，其中P表示1-N)扩展从每个调制器12中输出的每个代码信道的调制数据符号。各个代码信道的扩展信号由加法器14相加以便传输。
图6给出DS-CDMA传输系统的接收机的方块图。被接收的扩展信号共同输入到对应扩展代码的匹配滤波器15-0，…，15-N中。匹配滤波器15-0利用作为扩展码复制品的扩展码(SC-XLC-Y)对接收信号中的导频符号解扩展。接着，由导频符号信道估算器16估算出导频符号的接收相位，该估算器16，利用帧同步装置17的输出求出多个导频符号的平均值。信息符号信道估算器18通过对由导频符号信道估算器16提供的估算信息的插值运算，在信息符号的每个位置上估算被接收的相位。由于接收信号中的代码信道经受由于衰落的相同波动，信息符号中的估算相位波动可以共同地用在全部的代码信道上。另一方面，匹配滤波器15-1至15-N利用不同的扩展代码(SC-PLC-Y，其中P表示1-N)作为各个信道的扩展码复制品，对每个代码信道上的信息符号解扩展。利用由信息符号信道估算器18提供的信号，每个信道补偿器19对利用导频符号估算出来的接收相位的波动补偿代码信道上解扩展信息符号。在多路径的配置中，为了组合各个多路径，使用相位估算器和补偿器(17、18和19)，它们利用对应于图6中所示的N个代码信道的各导频信道。来自各个路径的并且已经由每个信道的信道补偿器19对衰落相位波动进行补偿的信息符号由RAKE(分离多径)组合器20进行RAKE组合，RAKE组合器利用各个路径的估算接收的复包络线作为权值，将多路径的分量相加起来。
每个被RAKE组合的信号被输入到纠错解码器中，如图7和图8所示。
图7给出了DS-CDMA传输系统的纠错解码器的配置。每个被RAKE组合的信号由分别对应每个代码信道的去交错器21进行去交错。图9B说明DS-CDMA传输系统去交错的方法，在该方法中，读写的方向都和图9A所示的交错方法中的读写方向相反。每个去交错的信号都由分别对应每个信道的Viterbi(维特比)解码器22解码。各个信道的解码数据经过并对串转换器23的并对串转换后，再由去交错器24进行去交错，并由外部码解码器25进行解码后输出。
图8给出了DS-CDMA传输系统的纠错解码器的另一种配置。被RAKE组合的N个代码信道的信号经过并对串转换器26的并对串变换处理后，集体地由去交错器27进行去交错。图10B说明DS-CDMA传输系统的一种方法，在该方法中，读和写的方向都和图10A所示的交错方法中的读写方向相反。去交错的信号由Viterbi解码器28集体解码，再由去交错器29进行去交错并由外部码解码器30解码后输出。
实施例2
图11给出根据本发明的DS-CDMA传输系统的信道结构的另一个示例。如图11所示，具有N个基本传输速率fb的代码信道的每个帧都包含导频符号和信息数据，其信息速率由扩展因子(处理增益)扩大，由此产生宽带信号。这些基本信道的N个代码多路复用使得信息能以N×fb bps的传输速率被传输，如果所有的信道都具有和基本信道相同的质量的话，其中，N个代码信道被划分为K块，每个块包含H个代码信道，其中，N为多路复用的代码信道数，K为块数，H为每个块中的代码信道数，并且N＝H×K。整数K可以为偶数或奇数。相同块中的H个代码信道具有被插在帧中相同位置上的导频符号。对于代码信道的不同K个块中的全部导频符号，K个块中导频符号的插入位置被这样移动，使得在最接近的导频符号之间，间隔是一致的。
在本实施例中，输入信息数据也经过图3所示的纠错编码器的纠错编码。此外，采用和图9A所示的相同方法对数据进行交错。
图14A和图14B给出了DS-CDMA传输系统的发射机方块图，图20为传输和接收过程(S200-S250)的流程图。在和该代码信道所属的块的导频符号插入模式一致的固定间隔上，每个帧装配器31将用于相干检波的信道估算的导频符号插入到由图3所示的电路提供的每个代码信道的编码信息数据中(S200-S210)。由各个调制器32输出的代码信道的调制数据符号分别由扩展调制器33利用分配给各个代码信道的扩展码(SC-PLC-Y，其中P代表1-N)进行扩展(S215)。各个代码信道的扩展信号由加法器34相加以供传输(S220)。
图15A和图15B给出DS-CDMA传输系统的接收机方块图。被接收的扩展信号共同输入到对应各扩展码的匹配滤波器35。匹配滤波器35利用扩展码(SC-PLC-Y，其中P表示1-N)作为扩展码复制品，分别为各个信道对代码信道中的导频符号和信息符号解扩展(S225)。对应每个代码信道的多路分用器(DEMUX)36从信息符号中提取被插入到各个块中的不同位置上的导频符号(S230)。接着，导频符号信道估算器37对导频符号的接收相位进行估算，它利用帧同步装置38的输出分别对多个导频符号之间的每个代码信息求平均值，同步装置38根据匹配滤波器35的输出执行导频符号的相干检波(S235)。通过对该块中各代码信道的接收相位估算求平均值，得到每个块中导频符号位置上接收相位的估算值(S240)。图12A给出每个块中的导频符号插入模式。对所有的代码信道都一样，通过利用如图12B所示的各个块的导频符号位置上的接收相位估算值，在全部代码信道的全部导频符号的每个插入间隔上进行插值运算，信息符号信道估算器39能得到关于信息数据序列的信道传递函数(S245)。由于在信道估算中插值法的减少间隔，这能提高信道估算中对衰落的跟踪能力。利用由信息符号信道估算器39提供的信号，每个信道补偿器40利用导频符号估算出来的接收相位波动对多路分用器36提供的代码信道上的信息符号进行补偿(S250)。
在传输功率控制方面，接收信号功率测量装置41根据由导频符号信道估算器37提供的信号，测量每个代码信道的导频符号位置上的接收信号功率。接着，将属于该块的各代码信道的接收信号功率的测量值在每个块中求平均值，由此得到该块的导频符号位置上接收信号功率(SIR)的测量值。传输功率控制信号发生器42根据该测量值产生传输功率控制(TPC)信号。在各个块中的导频符号位置上的接收信号功率的测量值被共同用在如图13所示的全部代码信道上。这就能够在被插入到所有代码信道的全部导频符号的插入间隔上实现传输功率控制，并由于有效地减少传输功率控制周期而提高了传输功率控制中的衰落跟踪能力。
在多路径配置中，估算器和补偿器(37、38、39和40)用于组合每个多路径，它们利用对应如图15所示的N个代码信道的导频信道组。
来自各个路径并已经由每个信道补偿器40对衰落相位波动进行补偿的信息符号由各个RAKE组合器43进行RAKE组合，组合器43用各个路径的估算接收复包络线作为数值对多路分量相加。每个被RAKE组合的信号被输入到纠错解码器中，如图7所示。其操作过程和去交错方法(图9B)都和实施例1一样。

Claims (3)

1.一种使用代码多路复用方法的DS-CDMA传输方法，该代码多路复用方法通过对多个代码信道的代码多路复用处理而产生高比特率的传输信道以传输信号，所述的DS-CDMA传输方法包括步骤：
当在固定的间隔上将导频符号插入到信息符号中来为各个代码信道装配帧时，
将N个代码信道划分为K块，每块包含H个代码信道，其中N为多路复用的代码信道数，K为块数，H为块中的代码信道数，并且有N＝H×K；
将导频符号插入同一个块中的H个代码信道中各个帧的相同位置中；并且
一块一块地移动所述导频符号的插入位置，使得最接近的导频符号之间的间隔对于K个块中的全部导频符号是一致的。
2.一种使用代码多路复用方法的DS-CDMA传输方法，其中所述DS-CDMA传输方法通过对多个代码信道的代码多路复用处理而产生高比特率的传输信道以传输信号，并且其中所述的DS-CDMA传输方法，当在固定的间隔上将导频符号插入到信息符号中来为各个代码信道装配帧时，将N个代码信道划分为K块，每块包含H个代码信道，其中N为多路复用的代码信道数，K为块数，H为块中的代码信道数，并且有N＝H×K；将导频符号插入同一个块中的H个代码信道中各个帧的相同位置中；并且一块一块地移动所述导频符号的插入位置，使得最接近的导频符号之间的间隔对于K个块中的全部导频符号是一致的，所述DS-CDMA传输方法包括步骤：
当利用所述的导频符号执行信道估算时，
根据所述代码信道所属的块中的导频符号插入模式，利用插入到所述信息符号中的所述导频符号，得到所述代码信道中的所述导频符号位置上的信道估算值；
通过对该块中的H个代码信道的所述信道估算值求平均值，得到在每个所述块中的所述导频符号位置上的信道估算值；并且
在插入到全部代码信道的全部导频符号的导频符号插入间隔上，得出关于信息数据序列的所述代码信道的传递函数，对全部代码信道都一样，所述的传递函数是通过利用所述各块中的所述导频符号的位置上的所述信道估算值进行插值运算后得到的。
3.一种使用代码多路复用方法的DS-CDMA传输方法，其中所述DS-CDMA传输方法通过对多个代码信道的代码多路复用处理而产生高比特率的传输信道以传输信号，并且其中所述DS-CDMA传输方法，当在固定的间隔上将导频符号插入到信息符号中来为各个代码信道装配帧时，将N个代码信道划分为K块，每块包含H个代码信道，其中N为多路复用的代码信道数，K为块数，H为块中的代码信道数，并且有N＝H×K；将导频符号插入同一个块中的H个代码信道中各个帧的相同位置中；并且一块一块地移动所述导频符号的插入位置，使得最接近的导频符号之间的间隔对于K个块中的全部导频符号是一致的，所述DS-CDMA传输方法包括步骤：
当为执行传输功率控制而测量接收信号的功率时，
根据所述代码信道所属的块中的导频符号插入模式，利用插入到所述信息符号中的所述导频符号，测量所述代码信道的所述接收信号功率；
通过对该块中的所述H个代码信道的测量接收信号功率求平均值，在每个所述块中的所述导频符号的位置上得到的所述接收信号功率的测量值；并且
对全部的代码信道都一样，利用所述各块中所述导频符号的位置上的所述接收信号功率的所述测量值，在分布到全部代码信道的全部导频符号的导频符号插入间隔上执行所述的传输功率控制。
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