CN1364348A

CN1364348A - 移动通信系统中峰值与平均值功率比的减小

Info

Publication number: CN1364348A
Application number: CN00808744A
Authority: CN
Inventors: B·珀珀维
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 2000-04-04
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2020-04-04
Also published as: DE60039974D1; EP1166456A1; AU4161400A; US6549564B1; AR023387A1; CA2366591A1; EP1166456B1; BR0009649A; BRPI0009649B1; CA2366591C; ES2311454T3; AU774324B2; KR20020004992A; TW462149B; JP3575752B2; JP2002542650A; ATE405996T1; CN1192507C; WO2000062436A1; MY126030A

Abstract

一个实施方案,揭示了随机接入信道(RACH)前置码的调制方法和调制装置,其中复RACH前置码(B(k))的实部(I)和虚部(Q)分别通过相应的脉冲成型滤波器(206,208)进行滤波。从而,所产生的信号的相位变化在所有的码片位置都受到限制,并且产生的四相码生成的发射信号具有比用传统的混合相位变化键控(HPSK)调制方案产生的发射信号更低的峰值与平均值功率比(PARS)。另一方面,所产生的四相同步码获得了跟原始二进制码(a(k))相同的非周期自相关量级,这种优化就使得错误同步的概率最小。

Description

移动通信系统中峰值与平均值功率比的减小

对相关申请的交叉引用

本专利申请的主题跟共同转让的美国专利申请序列号第08/733,501；08/847,655；09/148,224；09/166,679和09/169,731有关，这些专利申请分别于1996年10月18日，1997年4月30日，1998年9月4日，1998年10月5日，和1998年10月9日提交，现在把它们整体包含在这里作为参考。

发明背景

发明的技术领域

本发明一般涉及移动通信领域，以及特别涉及到处理多个随机接入的移动装置始发的呼叫的方法和系统。

相关技术的描述

下一代移动通信系统需要提供通信业务的广泛选择，这些业务包括分组形式的数字话音、视频和数据以及信道电路交换模式。因此，产生的呼叫数量预期将有极大的增长，这将导致在随机接入信道(RACHs)上产生更高的业务量密度。不幸地是，这个更高的业务量密度也会导致冲突增加和接入失败。因而，新一代移动通信系统需要优先应用更快和灵活的具有减小的干扰的随机接入规程，以便于提高接入成功率和减少接入请求处理时间。

在一些移动通信系统中，移动台首先确定RACH可以利用之后才能接入到基站。然后，移动台发送电平渐增的一系列接入请求前置码(例如，其每一个为4096码片长)，直到基站检测到这个接入请求为止。作为响应，基站开始了经由下行信道的控制移动台的发送功率的过程。一旦移动台和基站之间的起始“握手”完成，移动用户发送一个随机接入消息。

更明确一些，在某些码分多址接入(CDMA)系统中，移动台会利用一个“功率呈斜坡上升(ramping)”过程试探接入基站接收机，这个过程增加每一个后续发送的前置码符号的电平。一旦接入请求前置码被检测到，基站激活一个闭环功率控制电路，其作用是控制移动台的发送电平，以便使从移动台接收的信号功率保持在一个理想的水平。然后移动台发送其特定接入请求数据。基站的接收机用匹配滤波器对接收到的(扩谱)信号“解扩”，并且分集-合并解扩信号以便进行天线分集。

在IS-95 CDMA系统中，利用了一种类似的随机接入技术。然而，IS95的处理过程和其它CDMA系统的处理过程之间的主要差别是，IS95移动台发送完整的随机接入分组而不仅仅是前置码。如果基站没有应答接入请求，IS-95移动台在一个更高的功率电平上重发接入请求分组。这个过程一直进行到基站对接入请求作出应答。

在应用分槽ALOHA(S-ALOHA)随机接入方案的移动通信系统中，例如在共同转让的美国专利序列号第08/733,501(下文中称：“该‘501申请”)中揭示的方法，移动台生成并且发送一个随机接入分组。展示这一随机接入分组帧结构的框图示于图1。例示的随机接入分组(“接入请求数据帧”)包括一个或几个前置码以及一个消息部分。一般而言，前置码是一种具有优化的自相关性质的二进制同步码，它导致产生在错误时间位置的最小概率同步检测。

回到本发明将要阐述的问题，如前所述，移动台发送一个随机接入突发以便接入基站。接入突发包括一个前置码和一个消息或数据部分。消息部分由一个四相扩展序列扩展，四相扩展序列也被加以调制从而减小滤波后的发送信号的峰值与平均值功率比(PAPR)。同类型调制(通常指混合相位变化键控或HPSK调制)应用于专用的上行链路物理信道中。这样的HPSK调制的重要的优点是，它容许设计出这样一种移动台功率放大器，该功率放大器能产生小于1dB(跟传统的四相PSK或QPSK调制相比)的最大可能的PAPR。

或者，被发送随机接入突发的前置码部分是经过伪-QPSK调制的。同样，前置码包括一个4096个码片长二进制同步码。在这种情况下，代码的每一个二进制码元C在将滤波应用到正交发送器分支之前乘以一个复常数：

C = \frac{(1 + j)}{\sqrt{2}}, j = \sqrt{- 1} - - - - - - (1)

因而，在前置码的传输过程中观察到的PAPR比在消息部分的传输过程(也就是在通信信道传输的过程中)中观察到的PAPR高1dB。突发中以PAPRs而言由这1dB差异带来的问题是它使得传输信号发生畸变，典型地引起了邻频信道干扰。照这样，这个问题在更高电平上尤为严重，它在前置码电平呈斜坡上升的过程中发生更频繁。此外，前置码电平呈斜坡上升是这样一个过程，其中移动台在升高了的功率电平上发送后续的RACH前置码，直到基站作出应答：发送的前置码已经被成功地接收到为止。

特别地，传统的HPSK调制技术用来把一个二进制扩展码对映射成一个四相扩展码，从而使在所生成的四相扩展码的某些相继的元素之间的相位差至多加减90度。同样，应当指出仅仅该四相码的某些相继元素的相位差为至多加减90度，因为π/2相位限制仅仅应用于N＝2码片块之内。然而，随机QPSK相位变化在(与内部相对)N＝2码片块的之间是容许的(与在N＝2码片块之内相反)。因而，这种随机相位变化在I和Q信道上(虚拟地)生成了在统计上独立的二进制扩展序列，这是一个提高QPSK扩展的克服干扰能力的重要条件。也就是，HPSK调制是π/2-二相(BPSK)和四相(QPSK)扩展的混合，它利用了两种方法的长处。更明确一些，π/2-BPSK扩展用于减少PAPR，而QPSK扩展用于减小干扰。更具体地，由脉冲成型滤波过程产生的码片间干扰减少了一半。其它用户干扰(传统的多址接入干扰)独立于相关的其它用户载波相位。

图2是传统的HPSK调制器100的框图。如所示，串并(S/P)转换模块104展示了不同的随机码片在相加(108)之前同相应的实和虚分支相乘(106)，这就在每N＝2码片之后产生了随机QPSK相位变化。因而，在所生成的四相扩展码(C_i+jC_q)的相继的元素对之间的相位偏差被限制到一个至多是±π/2的值。每个其它相位变化可以取集合{0，±π/2，π}中的任一值。

然而，传统的HPSK调制技术的一个重要的问题是它改变了被调制扩展序列的相关性质。例如，当扩展序列是一个带有低非周期自相关旁瓣的专门设计的同步码时，在应用HPSK调制之后，不能保证仍然保留同样的自相关性质。与之相反，通常在这种情况下自相关性的精度变得更坏。实际上，这个问题是HPSK调制没有用于传统技术中的RACH前置码的主要原因。因此，理想的情况是提供一个新的调制方案，这可以限制相继的四相码元之间的相位变化，但却产生具有不改变相关性的的扩展/同步码。正如下面详述，本发明成功地解决了这个问题和其它相关问题。

发明概要

依照本发明的优选的实施方案，提供了一种用于移动通信系统的RACH前置码调制方法，其中复RACH前置码的实部和虚部在相应的脉冲成型滤波器中进行滤波。因而，相位变化在所有码片位置都受到限制，并且所产生的四相码生成的传输信号有着比用传统HPSK调制方案进行发送的传输信号更低的PAPRs。

本发明的一个重要技术优点是，所用的调制方案可以应用于任意的二进制同步码中，在所有码片位置都提供了至多正负90度的相位变化。

本发明的另一个重要的技术优优点是，所用的调制方案使得与传统的QPSK扩展方案相比，滤波后的发送信号有超过2dB的PAPR减小。

并且本发明的另一个重要技术优点是，所用调制方案提供了比用传统HPSK调制方案获得的低1dB的PAPR。

而且本发明的另外一个重要技术优点是，所用调制方案产生的四相同步码可以保持跟所用的原始的二进制码相同的非周期自相关量级，并且它已被优化从而在错误时间位置产生的同步检测的概率最小。

本发明的另外一个技术优点是，同步码接收器可以用一个有效的二进制同步码相关器来实现。

附图简述

对本发明的方法和装置的更完整的理解可以通过结合附图参考下面的详述来得到，这些附图包括：

图1是一个展示随机接入分组的帧结构的图表；

图2是一个传统的HPSK调制器的框图；

图3是在移动通信系统中用于调制RACH前置码的例示的基带调制器的框图，该通信系统可用于实现本发明的优选的实施方案；并且

图4是在移动通信系统中用于接收和调制从移动台发送的RACH前置码的例示的RACH前置码接收器框图，该通信系统可用于实现本发明的第二个实施方案。

附图详细描述

本发明的优选实施方案以及它的优点可以通过参考附图中的图1-4来更好的理解，相同的数字被用于各附图中相同的和相应的部分。

本质上，依照本发明的优选实施方案，为移动通信系统提供了一种RACH前置码调制方法，其中复RACH前置码的实部和虚部在相应的脉冲成型滤波器中进行滤波。因而，相位变化在所有位置(在码片内部或之间)都受到限制，并且产生的四相码所生成的发送信号比用传统的HPSK调制方案产生的发送信号有更低的PAPRs(例如，低于1dB或更低)

特别地，图3是移动通信系统中调制RACH前置码的例示的基带调制器200的框图，该系统可用于实现本发明的首要的实施方案。例如，所示的例示的调制器200可以用于现有的或未来的扩谱或者CDMA移动通信系统。参照图3，长度为L的二进制RACH前置码a(k)(其中k＝0，1，2，...，L-1)首先乘(202)以复常数。依照优选的实施方案，为了减小PAPR，把这里得到的结果乘以(204)复数J^k(其中k＝0，1，2，3....，L-1)和或被其所调制。所生成的四相前置码b(k)可以表达为：

b (k) = a (k) e^{j (\frac{π}{4} + \frac{π}{2} k)}, - - - - - (2)

其中k＝0，1，2，3....，L-1。等式(2)中复四相前置码b(k)的实部和虚部分别耦合到各自的脉冲成型滤波器206(I)和208(Q)，它们在I和Q分支上产生出调制的RACH前置码P_i+jP_Q，以便优选地由移动台进行传输。

图4是一个例示的RACH前置码接收器300的框图接收和调制移动通信系统中由移动台发送的RACH前置码，该通信系统可被用于实现本发明的第二个实施方案。例如，例示的RACH前置码接收器300可以用于接收和解调RACH前置码P_i+jP_Q，如图4所示。

特别地，在例示的RACH前置码接收器300中，通过把接收到的信号与一个相应的本地振荡器信号单元相乘，接收信号被下变换成一个复基带信号。接收的基带信号的I和Q分支然后被相应的脉冲成形滤波器(306，308)滤波。滤波后的各分量然后同发送的复前置码{b(k)}的共轭值进行相关。

当接收到的信号包含一个发送的RACH前置码时，复相关器(318，320)的输出同复序列{b(k)}的非周期自相关函数R_b(τ)是成正比的，后者可以表达成：

R_{b} (τ) = Σ_{k = 0}^{L - 1 - τ} b (k) \cdot b {(k + τ)}^{*}, - - - (3)

对0≤τ＜L，并且其中R_b(-τ)＝R_b(τ)^*。由上面等式(2)和(3)，可得：

R_{b} (τ) = j^{- τ} Σ_{k = 0}^{L - 1 - τ} a (k) \cdot a (k + τ) = j^{- τ} R_{a} (τ) - - - (4)

由等式(4)，可以看到四相同步码保持了跟原始的二进制码相同的非周期自相关量值。非周期自相关量值是要在峰值监测器322中同一个预定义的门限值进行比较的信号。峰值监测器322当非周期自相关信号的量值大于或等于预定义的门限值时产生一个输出信号。如上所示，所用的调制技术并不影响前置码检测性能。

另一方面，前置码监测器的复杂度有些增加，这是由于附加了乘法器310，320以及加法器314，316，它们用于实现对到来的接收信号的相位“解旋”，如图4所示。这个相位“解旋”可以用到来的信号异步地执行，这是通过把到来的信号乘以复振荡信号 (其中δ是一个任意整数)而实现的。复乘法通过运用实数乘法(310，320)和实数加法(314，316)来实现。在进行实加法(314，316)之后得到的“解旋”的信号被耦到各自的二进制前置码相关器318，320中。

图4显示的例示的RACH前置码接收器300的全部操作，可用下面的等式来描述：

R (τ) = Σ_{k = 0}^{L - 1 - τ} b (k) \cdot e^{- j [\frac{π}{4} + \frac{π}{2} (k + δ)]} \cdot a (k + τ) = e^{- j \frac{π}{2} δ} \cdot R_{a} (τ) - - - (5)

如等式(5)所示，异步进行相位解旋的主要影响是，输出的复相关值被一个单位量值的复常数所相乘。因而，峰值监测器322不受到来信号的这样一种异步相位解旋的影响。

进而，发送的接入突发的RACH消息部分的RAKE解调的初始信道系数估计可以按照传统的方法来进行。也就是，接收的RACH前置码的各种多径分量可以(在解扩之后)乘以由非同步相位解旋产生的不同的复常数，但是这些分量可能已经有了不同的复信道系数。所以，用于RAKE解调的信道系数可以通过选择从前置码相关器(也就是318，320)输出的相应的相关峰值的实和虚部分来获得。因此，对于传统的(伪)QPSK-调制的RACH前置码，测量到的PAPR接近于4.9dB，然而由依照本发明进行的调制生成的PAPR大约是2dB。相似地，将传统的HPSK调制用于任意的二进制序列对时，产生的PAPR大约是3dB。因此，在所有这些情况中，可以利用根升余弦脉冲成型I和滚降系数α＝0.22的Q滤波器来进行估值。

尽管本发明的方法和装置的优选实施方案已经参照附图展示并且在前面的详述中进行了描述，应该认识到本发明将不限于揭示的实施方案，而是能够进行很多重新安排、改变以及替换而不背离如以下的权利要求书所陈述和定义的本发明的精神。

Claims

1.一种在移动通信系统中调制同步信号的至少一个部分的方法，包括的步骤为：

用一个复常数信号乘所说的同步信号的至少一个部分以产生第二个复信号；

用一个实值和虚值序列乘所说的复信号以产生所说的第二个复信号的相位旋转；并且

对所说的第二个复信号的相位旋转进行滤波。

2.权利要求1的方法，其中所说的相位旋转包括一个具有π/2的增量的相位旋转。

3.权利要求1的方法，其中所说的同步信号的至少一个部分包括一个随机接入信号的至少一个部分。

4.权利要求3的方法，其中所说的随机接入信号的至少一个部分包括一个随机接入前置码。

5.权利要求3的方法，其中所说的第二个随机接入信号的至少一个部分包括一个二进制RACH前置码。

6.权利要求1的方法，其中所说的第二个复信号的相位旋转包括一个四相前置码。

7.权利要求1的方法，其中所说的移动通信系统包括CDMA或扩谱系统。

8.权利要求1的方法，其中所说的滤波步骤进一步包括用相应的I和Q分支脉冲成型滤波器对所说的第二个复信号的相位旋转进行滤波的步骤。

9.权利要求1的方法，其中所说的调制方法在移动台中进行。

10.一种解调移动通信系统中的同步信号的至少一个部分的方法，包括步骤：

把所说的同步信号的至少一个部分进行下变换以产生复信号的多个实或虚部分；

对所说的复信号的多个实和虚部进行滤波以产生所说的复信号的第二个多个实和虚部；

对所说的复信号的第二个多个实和虚部进行相位解旋，以产生所说的复信号的多个相位解旋的实和虚部；并且

对所说的复信号的多个相位解旋实和虚部进行相关操作，以产生一个复相关信号

11.权利要求10的方法，进一步包括的步骤有：

比较所说的复相关信号和一个预定义的门限值；并且：

如果所说的复相关信号的值大于或等于所说的预定义的门限值，则输出一个检测信号。

12.权利要求10的方法，其中所说的同步信号的至少一个部分包括随机接入信号的至少一个部分。

13.权利要求10的方法，其中所说的复信号的多个实和虚部分包括复基带信号的各自的I和Q分支。

14.权利要求10的方法，其中所说的相关步骤进一步包括把所说的复信号的多个相位解旋的实和虚部同发送复前置码的复共轭值进行相关。

15.权利要求11的方法，其中所说的输出步骤的结果显示了已检测到一个随机接入前置码。

16.权利要求10的方法，其中所说的解调方法在基站接收机中进行。

17.权利要求10的方法，其中所说的移动通信系统包括CDMA或者扩谱系统。

18.一个对移动通信系统中的同步信号的至少一个部分进行调制的装置，包括：

第一个乘法级，用于把所说的同步信号的至少一个部分用一个复常数信号相乘以产生第二个复信号；

跟所说的第一个乘法级相配合的第二个乘法级，用于把所说的复信号用一个实和虚值序列来相乘，以产生所说的第二个复信号的相位旋转；并且

多个滤波器，所说的多个滤波器中的每一个连接到所说的第二个乘法级的各自的乘法器单元，以便对所说的第二个复信号的相位旋转进行滤波。

19.权利要求18的装置，其中所说的相位旋转包括一个具有π/2的增量的相位旋转。

20.权利要求18的装置，其中所说的同步信号的至少一个部分包括随机接入信号的至少一个部分。

21.权利要求20的装置，其中所说的随机接入信号的至少一个部分包括一个随机接入前置码。

22.权利要求20的装置，其中所说的随机接入信号的至少一个部分包括一个二进制RACH前置码。

23.权利要求18的装置，其中所说的第二个复信号的相位旋转包括一个四相前置码。

24.权利要求18的装置，其中所说的移动通信系统包括CDMA或者扩谱系统。

25.全力要求18的装置，其中所说的多个滤波器包括I和Q分支脉冲成型滤波器。

26.权利要求18的装置，其中所说的装置包括一个移动台调制器。

27.一个对移动通信系统中的同步信号的至少一个部分进行解调的装置，包括：

下变换级，用于对所说的同步信号的至少一个部分进行下变换以产生复信号的多个实和虚部；

滤波器级，跟所说的下变换级相连接，用于对所说的复信号的多个实和虚部进行滤波，以产生所说的复信号的第二个多个实和虚部；

相位解旋级，跟所说的滤波器阶段相连接，用于对所说的复信号的第二个多个实部和虚部进行相位解旋，以产生所说的复信号的多个相位解旋的实部和虚部；并且

一个相关级，跟所说的相位解旋级相连接，用于对所说的复信号的多个相位解旋的实部和虚部进行相关，以产生一个复相关信号。

28.权利要求27的装置，进一步包括：

跟所说的相关级相连接的设备，用于把所说的复相关信号跟一个预定义的门限值做比较，并且如果所说的复相关信号的值等于或大于所说的预定义的门限值时输出一个检测信号。

29.权利要求27的装置，其中所说的复信号的多个实部和虚部包括复基带信号的各自的I和Q分支。

30.权利要求27的装置，其中所说的相关级包括用于把所说的复信号的多个相位解旋的实部和虚部同发送的复前置码的复共轭值进行相关的设备。

31.权利要求30的装置，其中所说的检测信号显示随机接入前置码已被检测到。

32.权利要求27的装置，其中所说的解调器位于基站接收器中。

33.权利要求27的装置，其中所说的移动通信系统包括CDMA或者扩谱系统。

34.权利要求27的装置，其中所说的同步信号的至少一个部分包括随机接入信号的至少一个部分。