CN1476682A - 码选cdma调制/解调方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及码选/码分多址的调制/解调过程，提供了一种码分多址技术，其中N+1个信道分配给包括2^N个正交符号形式代码的每个块，该代码是为维护传输信道间的正交性而产生的。选择属于块的2^N个正交码中的一个作为被分配的信道中的有N个编号的信道的一个数字位值，信道的另一数字位值通过在与选中的正交码相乘后调制N+1个数据信道设定。因此，减少了传输的正交码的数目而没有减少信道数，减小了拥挤用户间的互扰，降低了生产系统的成本。

Description

码选CDMA调制/解调方法及其设备

技术领域

本发明涉及码选(code-select)码分多址调制/解调方法及其设备，更具体涉及一种利用一组正交扩频码中的一个进行扩频的CS/CDMA(码选码分多址)方法。该方法进一步增强了PW/CDMA(脉宽CDMA)和MP/CDMA(多相CDMA)的功能特性，这些功能特性用于克服现有DS/CDMA(直接序列CDMA)方案中多码调制信号的信号电平随传输数据信道数目的增加而增加产生的问题。

背景技术

现有的无线传输复用技术通常分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)。

虽然实现实际的系统复杂，CDMA还是成为世界标准而不是TDMA，后者在考虑了第三代移动通信的第二代移动通信市场与CDMA竞争，如IMT-2000。

CDMA目前作为移动通信的世界标准，在对多路信道的信号线性累加后进行传输，也就是，DS/CDMA通过将数据与正交码相乘形成扩频带宽。因此，输出信号的电平数随信道数增加，结果由于瞬时振幅波动象模拟信号那么大而使系统结构更加复杂。

而且，虽然由于终端只用一个正交码，第二代移动通信系统的终端不是那么复杂，但在基站，第二代移动通信系统可能面临许多实现中的困难，因为较高的用户速率需要即使在一个用户终端也要采用实施多个正交码的多码形式。

图1表示现有的DS/CDMA发送器的结构，解释了存在问题的现有DS/CDMA的过程。

如图1所示，输入数据信号D1、D2、......Dn分别在乘法器1a、1b、...、1n中乘以正交码C1、C2、......、Cn。所有的乘积值在模拟加法器100中累加，然后转换成包含N+1个电平的模拟信号S1。模拟信号S1被传输到RF(射频)放大器(未示出)。

也就是，在现有的DS/CDMA系统中，多个信道的信息总和在每个信道数据乘以唯一的正交码后通过一个单独的频率同时发送出去，由于每个码的正交性，该单独的正交码具有比不相互作用的数据高十倍或千倍的速率。

然后，在接收终端接收到这些传输信号后，接收信号乘以等同于发送步骤中期望信道所用的正交码的码，并且当不期望的信道信息消失时留下期望的信道信息。

然而在现有的DS/CDMA方案中，存在下述问题：调制信号电平随着可用的正交码数而增加，使得系统的构建复杂，信号处理困难。

韩国第0293128号专利(2001年3月30日公布)提出了PW/CDMA(脉宽CDMA)方案，作为克服DS/CDMA系统中的系统复杂和信号处理困难的一个解决方案。在PW/CDMA中，调制信号的预定电平外的信号部分被截去(切断)，其余部分转换成脉宽大小。PW/CDMA信号波形总是用二进制形式维护。

图2和图3A～3C分别表示现有PW/CDMA发送器的结构及在其中调制的波形。下面将解释PW/CDMA的运行及其问题。

如图2所示，电平限幅器210从数字加法器200的输出信号中而不是从DS/CDMA中所用的模拟加法器100的输出信号中截去预定电平外的信号部分，此后脉冲发生器220使二进制形式的调制信号S2如图3A所示。

PW/CDMA方法虽然能够产生二进制调制信号，但当预定电平外的调制信号电平数大于2时具有调制信号带宽与电平数成比例增加的缺点。

在2000年2月17日提交的韩国专利申请第2001-8044号中介绍了多相CDMA(MP/CDMA)系统，将CDMA信号用多码形式传输，也消除了前述缺陷。

图4表示现有MP/CDMA发送器的模块结构。参考图4，描述MP/CDMA的运行及其缺点。

与图2的特性不同，截取信号通过电平限幅器400在相转换器410中而不是脉冲发生器220中转换成相大小。具有相大小的转换调制信号传输到RF放大器。

如上所述，PW/CDMA方案简化了信号波形，但当截去预定电平外的信号部分后调制信号的剩余电平大于2时，调制信号的带宽增加与电平数成比例。另一方面，MP/CDMA克服了调制信号的带宽增加，其中截去后的剩余电平转换成具有不可转换成脉宽大小的RF信号的相大小。

前述的PW/CDMA和MP/CDMA方法象DS/CDMA一样将正交码一一分配给信道，同时通过防止被截去预定电平外的部分的DS/CDMA类型信号电平的增加而简化了系统结构。

结果，在现有的DS/CDMA、PW/CDMA和MP/CDMA中将一个正交码分配给一个信道时，伴随着正交码数目与数据信道数目相同，数据信道的增加使正交码以及调制的传输信号电平增加。并且，在截取操作中可能会破坏正交码的正交性，使得传输信号对通过其中传输的信号间互扰敏感。这样，为提高传输速率，需要提出一种采用多码时能减少所用的正交码数目的新的调制/解调技术。

发明内容

本发明准备解决上述问题，目的是提供一种在码选码分多址系统中调制和解调信号的方法，其中把正交码分配给块时不是一一分配给数据信道而是根据传输的数据值进行选择。

本发明的另一个目的是减少正交码的数目，以减小由于产生PW/CDMA和MP/CDMA信号的截取而造成的正交码间的正交性降低，减少具有减小了正交性的调制信号间的互扰，以解决现有DS/CDMA过程中由于信号电平比传输数据信道数多1而产生的调制信号以类似视频信号那样的具有多个电平的模拟信号的形式存在的问题。

码分多址系统中的调制和解调方法包括步骤：产生正交码以维护信道间的正交性；将正交码分组到具有2^N(N为正整数)个数的块中；把N+1个信道分配给每个块；在分配的信道中通过N个信道的数据信号选择另一套2^N正交码，并通过把选中的正交码和信道中剩余的一个信道的数据信号相乘来调制N+1个信道的数据信号。此外在这些过程之后，优选进行以下步骤：在数字加法器中累加从块中调制的信号，以产生多电平信号；截取多电平信号的信号部分，该信号部分在预定电平外；将截取的多电平信号通过PW/CDMA过程转换成脉宽的大小，或将截取的多电平信号通过MP/CDMA过程转换成相大小。

调制信号通过以下步骤解调：使调制信号与内部正交码产生器提供的正交码同步；检测出具有同步信号和内部正交码产生器的正交码间的最大绝对相关值的正交码，作为每块所用的一个正交码；根据检测到的正交码和调制过程中选择正交码所用的信道的数据信号的相关值使调制过程中所选的正交码数据信号复原。

同时，码分多址系统的调制由调制器完成，该调制器包括：正交码块单元，用于当信道数为M(M为正整数)时按2^M-1分组正交码；正交码选择器，用于在M个信道中通过M-1个信道的数据信号分配另一套2^M-1正交码；码转换器，用于将所选正交码与除M-1个信道外剩余的一个信道的数据信号相乘。

而且，码分多址系统中调制器的调制信号由解调器解调，该解调器包括：接收信号同步器，用于协调调制信号和内部正交码产生器的正交码；正交码检测器，用于根据调制信号和正交码间的相关值的最大绝对值找出调制中所用的正交码；以及数据提取器，用于根据检测到的正交码使选择正交码所用的信道的数据信号复原，以及根据所用正交码的相关值使解调中所用的信道的数据信号复原。

附图说明

图1是现有DS/CDMA(直接序列CDMA)发送器的结构图；

图2是现有PW/CDMA(脉宽CDMA)发送器的结构图；

图3A到3C是表示将DS/CDMA信号电平转换为PW/CDMA信号的脉宽大小过程的示意图；

图4是现有MP/CDMA(多相CDMA)发送器的结构图；

图5是表示通过最大序列产生正交码的过程的示意图；

图6是用分割到块中的正交码调制数据的CS/CDMA调制器的结构图；

图7是根据本发明的CS/CDMA解调器的结构图；

图8是根据本发明的CS/CDMA解调器的数据提取器的结构图；

图9是表示反方向以不同速度传输正交码的例子的示意图；

图10A和10B是根据本发明的CS/CDMA调制/解调设备的功能方框图。

具体实施方式

为理解本发明，现在结合附图解释本发明的最佳实施例。本发明的实施例可以以不同的特点修改或实施，本发明的范围也不限于下面的实施例。本发明的实施例向本领域技术人员提供了关于本发明的全面理解。

本发明的基本解决方案是通过发送加载在正交码上的信息减少可用的正交码数目，该正交码是直接根据信道中的数据选择的，而不是将正交码一个个地赋给信道的。

通过应用该基本解决方案，有可能从由于多个用户互扰的具有完全正交码的低效的活动中和由于过度截去而减弱的正交码的正交性中解脱出来。

而且，在一个主要用户单元采用一个正交码减少了PW/CDMA或MP/CDMA环境下基站从多个用户收集信号时出现的互扰。

而且，关于由于用户间的互扰可用的正交码数小于所产生的一半，CS/CDMA调制/解调的本方式使得所有没有被利用的正交码可以完全被利用。

虽然作为一个例子，优选采用本发明的正交码用于韩国第10-087083-000号专利(1995年7月20日公布)中提出的CDMA码序列产生系统，但并不限制本发明的正交码的应用。此后，下面的说明中称所公布的专利中说明的正交码为“CASUH”码。

在使用根据本发明的CS/CDMA过程的码序列产生系统中，可以通过相关器同步信号，因为码序列的相关值总是设在“0”处，尽管用户数增加，该处仍表现出良好正交性。

此外，用户信道间互扰的抗扰度有助于防止传输质量的下降，以便CDMA系统的性能有显著提高。

图5描绘通过最大序列产生正交码的过程。参考图5，描述通过采用最大序列产生正交码的过程。

最大序列的自动相关特性由方程I总结如下：

                            [方程I]

            当τ＝0时，Ci(t)Ci(t+τ)dt＝L；以及

            当τ≠0时，Ci(t)Ci(t+τ)dt＝-1

其中Ci(t)是最大序列的一个码值，L是最大序列的码数(码长度，或码段)。

参考方程I，当码间的时差大于1个码字(1位)时，自动相关值总是-1。这是由于在最大序列中数字“0”总是比数字“1”小1的事实造成的。

因此，如图5所示，以L为单位的码是通过一个一个地移动最大序列的码字和返回最后一个码字到第一个位置实现的。然后，在L个所有码字后加“0”修改L码字，以使L+1码字的码长具有良好的正交性。下面的方程II表示L+1码长的相关特性：

                             [方程II]

            当τ＝0时，Ci(t)Ci(t+τ)dt＝L+1；  以及

            当τ≠0时，τCi(t)Ci(t+τ)dt＝0，其中，Ci(t)为CASUH码。

图6表示用分割到块600的BLKa、BLKb、......、BLKf中的正交码调制数据的CS/CDMA调制器的结构。

参考图6，响应信道D1～D3的数据信号，在正交码块BLKa中选择另一套正交码C1～C8。所选正交码Ci在异或运算中乘以数据信号D4。异或环的结果施加于数字加法器610。

与块BLKa中的方式相同，响应分配给其的数据信号在相应的块中选择其他正交码。也就是，在块BLKb和BLKf中分别选择正交码Cj(C9～C19中)和Ck(C33～C34中)，并分别乘以数据信号D5～D8和D34。结果，分别分配给从Ci到Ck的相应块以调制模式产生正交码。这些块调制的正交码由数字加法器610转换成多电平信号。象PW/CDMA或MP/CDMA过程中切除预定电平外的信号部分的电平限幅器620从数字加法器610中截去多电平信号。由电平限幅器截取的信号由脉冲调制器630转换成最终的多电平信号，其电平可根据预定的脉宽或相算出。

如图6所示，作为最后一个信道的数据信号Dn，虽然与正交码块不相关，但可以象现有CDMA方案那样用正交码即Cn调制。

从图6可以看出，从所有块BLKa～BLKf产生的正交码数少于其他CDMA系统。

本发明的CS/CDMA方案使得终端体系简化，因为包含多个电平的正交码足够传送信道，而不必传输多个码来提高传输速度。

图7表示根据本发明的CS/CDMA解调器的结构。

参考图7，在根据本发明的CS/CDMA系统的序列解调数据中，码产生器700在用与现有CDMA过程相同的方式从传输中端接收调制信号和使之同步后产生正交码。

正交码传到解调模块710。每个解调模块710找出以前的步骤中调制所用的正交码，然后利用所用的正交码解调已被调制过的原始数据。虽然图7表示所有的解调模块都参与解调过程，通常解调模块是一个一个地进行。下面是关于解调数据的过程的更详细描述。

图8表示内嵌于图7的解调模块的数据提取器的功能结构。

参考图8，在八个正交码C1～C8与接收信号相乘后，计数器800用相乘后的正交码执行相关操作。最大绝对值提取器810检测计数器800提供的八个相关数据中具有最大绝对值的正交码，并把它传给码选数据提取器820。

码选数据提取器820找出选择具有最大绝对值的正交码所用的数据信号D1～D3。码鉴相器830解调关于包含最大绝对值正交码的相关值有关的码的数据信号D4的数据。象那些序列一样，图7中的每个解调模块解调相应的数据信号。

有可能由现有方案对图6所示的正交码块的信道进行解调过程，其中每个块分配给一个单独的正交码。

图9表示本发明的一个无线通信系统(即运行于5MHz带宽)的实际例子，其中信号在反方向(从终端到基站)以不同的传输速度运行。

图9中，图6的正交码块都位于终端900(TMa～TMf)，终端信号通过无线网络同时传输给基站。因为正交码信号Ci～Cf独立应用于基站，终端间可能会发生互扰，而图6中是求和并调制后应用的。

然而，因为终端的正交码信号是一个个地传给基站的，码的正交性没有被破坏，所以图8所示的解调过程实际上适用于基站的接收终端。

因为每个信道允许以32Kbps(千位每秒)的速度传输信号，终端(即TMa)与四个信道相关，并以128bps的速度通过发送器910发送信号。这时需要八个正交码。

CS/CDMA系统的八个正交码与对其他CDMA系统的过程已经足够的四个正交码相比被认为是不经济的。然而，虽然现有的CDMA系统采用完全调制的四个正交码，本CS/CDMA只调制选中的一个正交码，从而即使有多个码，用二进制形式建立调制信号的波形，使RF放大器不是线性也可运行。而且，有可能在接收终端通过处理二进制信号解调调制信号，简化系统的结构。

与终端TMa的过程相同，终端TMb也输出一个正交码，当正交码数与现有系统的正交码数相同时，终端TMf在传输速度为64bps时产生一个正交码。

关于信号间的互扰从多个终端同时传到基站的事实，比现有DS/CDMA系统少的正交码数目有助于减少互扰。此外，截去过程中的正交性也比PS/CDMA或MP/CDMA的情况少降低些，这提高了接收终端的解调性能。

图10A和10B表示实现本发明的CS/CDMA方案的调制器和解调器的功能结构。

首先参考图10A，CS/CDMA系统的调制器包括正交码块单元1000、正交码选择器1010和码转换器1020。

假定信道数为M，正交码块单元1000按2^M-1分组正交码，正交码选择器1010用分配给M-1个信道的数据选择另一套2^M-1正交码。码转换器1020从选择器1010接收选中的正交码，并通过把选中的正交码与除M-1个信道外剩余的一个信道(即第M个信道)的数据相乘把它转换成调制信号。

参考图10B，CS/CDMA系统的解调器包括接收信号同步器1030、正交码检测器1040、内部正交码产生器1050和数据提取器1060。

接收信号通过RF接收器(未示出)提供，然后应用于同步器1030。同步器1030协调接收信号和内部正交码产生器1050提供的正交码。与产生器1050的正交码同步的接收信号施加到检测器1040上。

检测器1040计算同步接收信号和正交码间的相关绝对值，然后找出用于调制具有最大绝对值的正交码的正交码。监测到的正交码传输到数据提取器1060。

数据提取器1060根据检测的正交码使选择正交码所用的信道的数据复原，以及根据与所用正交码的相关值的码解调正交码所用的信道的数据。

在前面的说明中，为了提供本发明的全面理解列举了几个具体细节。应该明白优选实施例的说明只是示例性的，不应看作是一种限制。

根据上述细节，与信道数相比，本发明减少了正交码的数目，因此有效地减少了拥挤用户间的互扰。

因为可以有一个正交码被传输且传输信号总保持二进制形式，在用多个码来提高用户终端的传输速度的情况下，终端的RF放大器不需要具有线性，从而提高了终端电源的效率。而且系统性能提高，因为正交码的正交性没有因截去而被破坏，从而即使同时传输多个信号互扰也减小了。

此外，信号的二进制波形使得现有的TDMA系统开发的RF部分适用于CDMA系统，简化了供电部分。而且，有可能只用二进制信号处理就解调信号，以较低的生产成本简化了系统的硬件结构。

Claims (5)

1、一种处理码分多址的方法，包括步骤：

(a)产生正交码以维护信道间的正交性；

(b)将正交码分组到具有2^N(N为正整数)个数的块中；

(c)把N+1个信道分配给每个块；以及

(d)在分配的信道中通过N个信道的数据信号选择另一套2^N正交码，并通过把选中的正交码和信道中剩余的一个信道的数据信号相乘来调制N+1个信道的数据信号。

2、如权利要求1所述的方法，在步骤(d)后还包括步骤：

在数字加法器中累加从块中调制的信号，以产生多电平信号；

截取多电平信号的信号部分，该信号部分在预定电平外；以及

将截取的多电平信号通过PW/CDMA过程转换成脉宽大小，或将截取的多电平信号通过MP/CDMA过程转换成相大小。

3、如权利要求2和3中任一项所述的方法，其中步骤(d)的调制信号由以下步骤解调：

将调制信号与内部正交码产生器提供的正交码同步；

检测出具有同步信号和内部正交码产生器的正交码间的最大的绝对相关值的正交码，作为每块所用的一个正交码；以及

根据检测到的正交码和调制过程中选择正交码所用的信道的数据信号的相关值使调制过程中所选的正交码数据信号复原。

4、如权利要求1所述的方法，其中码分多址的调制由调制器完成，该调制器包括：

正交码块单元，用于当信道数为M(M为正整数)时按2^M-1的数目分组正交码；

正交码选择器，用于在M个信道中根据M-1个信道的数据信号分配另一套2^M-1正交码；以及

码转换器，用于将所选正交码与除M-1个信道外剩余的一个信道的数据信号相乘。

5、如权利要求4所述的方法，其中码分多址调制器的调制信号由解调器解调，该解调器包括：

接收信号同步器，用于协调调制信号和内部正交码产生器的正交码；

正交码检测器，用于根据调制信号和正交码间的相关值的最大绝对值找出调制中所用的正交码；以及

数据提取器，用于根据检测到的正交码使选择正交码所用的信道的数据信号复原，以及根据所用正交码的相关值使解调中所用的信道的数据信号复原。

Images