CN1708931A - 在扩展频谱通信系统中产生序列所用的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
一种CDMA编码的高效方案,通过从短序列(410、420)的现有组进行串联,产生较长的代码序列(430)而构建代码。所述序列可以是扩展、扰频和/或训练或信道估计(比如中间序列)序列。本发明不必执行最优期望性质序列的穷举搜索而能够延长序列,而且延长所述序列的延续期间,以便通过使用常规的匹配滤波器、多用户检测器或自适应滤波器/均衡器,改进所需信号的检测。
Description
技术领域
本发明涉及扩展频谱通信系统,尤其(虽然并非专门)涉及直接序列(DS)扩展频谱无线通信系统。
背景技术
在DS扩展频谱通信中,比如在码分多址(CDMA)系统中,传输所用的信号在频率域中扩展。因此在不同的(更大的)带宽上传输相同的信息,在频率域中提供了某种级别的变化。这种通信方法的益处在于,所传输的信号对于限带干扰和频率选择性衰减的恢复性更高。
利用比所述传输信号变化速率快的序列或代码,对所述传输信号的每个符号或每组连续的符号进行调制,实现了信号的所述扩展。典型情况下在DS-CDMA系统中,所述扩展波形是选自伪随机长序列,或者在足够短时能够根据某些最优化准则来选择它们。虽然由于较长的序列具有优越的相关性质而期望采用,但是典型情况下采用较短的序列,因为发射机和接收机及相关硬件便于实施。作为短序列设计的方法实例,但是不限于这种方法,可以选择表现出良好自相关性质的序列,或者表现出有利互相关性质的序列对。典型情况下需要搜索所期望长度的、可能的全部序列,以便选择带有所期望属性的序列。对于所需的每个新的扩展长度,都需要新的搜索来寻找满足所期望最优准则的序列。
不过,这种方法的缺点在于,由于良好的扩展波形序列需要搜索期望长度的、可能的全部序列,以便选择带有所期望属性的序列,以及由于对于所需的每个新的扩展长度,都需要新的搜索来寻找满足所期望最优准则的序列,设计较长序列长度的效率低。
所以需要可以减轻上述缺点的高效扩展频谱代码结构。
发明内容
根据本发明的第一方面,提供了一种设备,用于在扩展频谱通信系统中产生预定长度的序列,正如权利要求1的要求。
根据本发明的第二方面,提供了一种方法,用于在扩展频谱通信系统中产生预定长度的序列,正如权利要求12的要求。
本发明能够从较短的序列高效地产生较长的序列。它的优点是减轻了对所期望长度序列大范围搜索的需要,并且能够简单地重复使用现有硬件。对于把一组序列用于获得一组延续时间长于原始序列的延伸序列的任何目的,本发明都适用。本发明可应用于TD-CDMA系统,尤其是UTRA之TDD模式的多种码片速率。读者将会认同,这种方法可应用于但是不限于产生延伸长度扩展序列、扰频序列和信道估计序列或训练序列。
附图简要说明
现在将参考附图,仅仅以实例介绍本发明中包括的两个高效CDMA代码构建方案,其中:
图1显示了一幅方框示意图,展示了其中可以使用本发明的3GPP UTRA无线通信系统;
图2显示了一幅示意图,展示了直接序列扩展频谱中数据符号的扩展;
图3显示了一幅方框示意图,展示了包括本发明的UTRA TDD模式中扰频代码的串联装置;
图4显示了一幅方框示意图,展示了通过短序列代码的串联产生延伸的序列代码(比如训练序列)。
具体实施方式
首先参考图1,常规情况下,典型的、标准的UMTS无线接入网络(UTRAN)系统100被视为包括:终端/用户设备域110;UMTS地面无线接入网络域120;以及基础设施域130。
在终端/用户设备域110中,终端设备(TE)110A通过有线的或无线的R接口连接到用户移动设备(ME)110B。ME 110B也连接到用户服务身份模块(USIM)110C;ME 110B和USIM 110C一起被视为用户设备(UE)110D。UE 110D通过无线的Uu接口与无线接入网络域(120)中的节点B(基站)120A进行数据通信。在网络的无线接入网络域120之内,节点B 120A通过Iub接口与无线网络控制器(RNC)120B通信。RNC 120B通过Iur接口与其他RNC(未显示)通信。节点B 120A和RNC 120B一起形成了UTRAN 120C。RNC120B通过Iu接口与核心网络域130中的GPRS服务节点(SGSN)130A通信。在核心网络域130之内,SGSN 130A通过Gn接口与网关GPRS支持节点130B通信;SGSN 130A和GGSN 130B分别通过Gr接口和Gc接口与家庭位置注册(HLR)服务器130C通信。GGSN 130B通过Gi接口与公用数据网络130D通信。
因此,常规情况下要素RNC 120B、SGSN 130A和GGSN 130B配备为(在其本身各自的软件/硬件平台上)离散分开的单元,分处于无线接入网络域(120)和核心网络域(130)中,如图1所示。
RNC 120B是负责对许多节点B 120A进行控制和分配资源的UTRAN要素;典型情况下一个RNC可以控制50至100个节点B。RNC也通过空中接口为用户通信提供可靠的传递。RNC(通过Iur接口)相互通信以支持交接。
SGSN 130A是负责会话控制和至HLR接口的UMTS核心网络要素。SGSN对各个UE的位置保持跟踪,并且执行保密功能和接入控制。对于许多RNC,SGSN是集中化的大控制器。
GGSN 130B是负责在核心包网络之内集中用户数据并传送至最终目的地(如因特网服务供应商一ISP)的UMTS核心网络要素。
在可从3GPP网站
www.3gpp.org获得的第三代合作伙伴计划技术说明书文档3GPP TS 23.060及相关文档中,更加全面地介绍了这种UTRAN系统及其操作,所以此处无须更加详细地介绍。
在时分码分多址(TD-CDMA)系统中,比如UMTS地面无线接入(UTRA)的时分双工(TDD)模式中,可以认为扩展波形是信道化代码和扰频代码的结合,而且典型情况下简短而有周期性,使得每个符号或每组连续的符号以相同的扩展波形调制。例如,在图2中数据符号成对分组,并由延续时间8片的扩展序列进行调制,以便形成输出序列(应当指出,符号和扩展序列不限于具有来自集合{-1,+1}的数值)。图2A显示了数据符号的波形;图2B显示了扩展序列的波形;图2C显示了由图2B的扩展序列对图2B的数据符号进行扩展得出的扩展符号的波形。在这种情况下选择简短而有周期性的扩展序列主要是由于在接收机中获得的实施优点。例如,许多多用户或接合点探测算法以及/或者自适应滤波器实施方案都对扩展序列的长度和/或周期性敏感。
更确切地说,在UTRA TDD的高码片速率(3.84兆片每秒)模式中,扰频代码是从128种可能序列的列表中按照初始单元参数分配和当前系统帧数选定的、长度为16码片的序列。在偶数系统帧数的帧中,扰频代码等于初始单元参数分配。在奇数系统帧数的帧中,如果初始单元参数分配是偶数,扰频代码就选定为初始单元参数分配加1,如果初始单元参数分配是奇数,扰频代码就选定为初始单元参数分配减1。扰频代码可能跨越1、2、4、8或16个符号中的任何一种长度,取决于采用的信道化代码。因此在这种系统中,扩展代码可以被视为信道化代码和扰频代码的合成。
在可从3GPP网站
www.3gpp.org获得的3GPP技术说明书文档3GPP TS 25.223’Spreading and M0dulation(TDD)’中,详细介绍了3GPP TDD系统中信号的扩展,所以此处无须更加详细地介绍。
正如下面更详细的介绍,本发明基于灵活的方法(不同于以上介绍的现有技术方法),按照新序列的期望长度,通过串联两个或更多序列,从短序列产生更长的序列。虽然对于任何常用准则,比如自相关或互相关性质,新的延伸序列可能不一定最优,但是它们具有独特的优点:它们重复使用能够延伸至其他应用的、现有的序列组。方法的简单性减轻了对所期望长度序列进行新的穷举搜索的需要,并且能够把现有硬件重复使用在新的应用中,即不是为产生新的序列而存储或实施硬件/软件,而是可以实施简单的算法,使用产生短序列所用的现有硬件/软件。
在串联中使用的短序列的数目取决于新序列的期望长度。串联所用序列的选择可以很灵活,可以按照一组简单的设计规则进行选择。例如,假若存在的组有N个短序列,每次需要更长序列时,(按照某些规则)选定N中的初始索引n。然后按照新序列的期望长度,可以从例如短序列n和n+1(双倍序列长度),或者n、n+1、n+2(三倍序列长度),以及n、n+1、n+2、n+3(四倍序列长度)产生串联。如果在任何点上(对于某个x)索引n+x超过短序列的数目N,索引可以回转到短代码列表的起点;因此把(n+x)modulo N用作短序列列表的索引,短序列列表中的索引从0至N-1。
当然可以理解,在选择串联所用的短序列时,每次索引不必以1为增量。事实上可以以任何整数为增量,包括0。例如,在双倍序列长度时可以串联短代码n和n+y(y≥1)。因此,对于三倍序列长度可以串联短序列n、n+y和n+2y,对于四倍序列长度可以串联短序列n、n+y、n+2y、n+3y。可以进一步理解,递增的索引不限于规则的,事实上也可以是随机的。例如在三倍序列长度时可以选择串联短序列n、n+y、n+z,其中z不必等于y的倍数。
如上,扩展序列延伸方案需要两种机制才能实行:
1.一组现有的扩展短序列。
2.从组中选择若干扩展短序列所用的算法,使它们可以串联形成更长的扩展序列。
应当认同,在UE和/或节点B中可以采用序列延伸方案,以便产生若干序列,它们可以用于以产生的代码扩展数据或以产生的代码扰频数据或其他目的,或者用作延伸的信道估计序列。
作为方法更具体的实例,但是不限于这种情况,在UTRA高码片速率TDD模式中指定之扰频序列的长度可以延伸。这种延伸可以应用于指定的码片速率或者在TDD模式运行在当前说明书中码片速率的倍数时可能会需要。在这种情况下延长扰频代码的长度改进了相关性质,因此有助于检测所需的信号。虽然通过串联已经延长了扰频代码的长度,但是相对于脉冲串的长度它将保持较短,并且也保持着周期性(虽然可能对于大量的符号)。这意味着若干接收机算法比如依赖这些性质的自适应滤波器和减少复杂性的多用户检测器将能够运行。
在图3中显示了根据本发明优选实施例的扩展装置300。在装置300中,扰频代码选择算法310接收输入参数,比如初始单元参数分配、SFN等。扰频代码选择算法310从一组现有短序列320中选择扰频代码。所选定的扰频代码在串联器330中串联,串联结果序列应用于乘法器340,输入片序列也应用于它,以便产生扰频的片序列。应当认同,串联器330可以简单地顺序应用每个所选定的序列。
在3GPP TDD的现行标准中,扰频代码选择算法在脉冲串的延续期间保持不变,即脉冲串中每16码片选择相同的扰频代码。在本发明的这个优选实施例中,这个算法的周期延长到16码片的倍数,即1、2、3、4等倍。因此,如果初始扰频代码选择为n,可以使用带有周期4的算法,在脉冲串的过程期间它选择长度16码片的扰频代码如下:
(n,n+1,n+2,n+3,n,n+1,n+2,n+3,n,n+1,n+2,n+3,...)
不过如上,算法不限于每次扰频代码索引的增量为1,例如本发明的另一个实施例将在脉冲串的过程期间选择长度16码片的扰频代码如下:
(n,n+2,n+4,n+6,n,n+2,n+4,n+6,n,n+2,n+4,n+6,...)
因此这个实施例的重要特性在于通过串联长度16码片的现有扰频代码而延长扰频代码的延续期间。另外,这也可被视为延长了图3中扰频代码选择算法的周期。
图3中展示的扰频代码选择算法可以由若干输入参数驱动。这些参数可以包括以下的某些或全部,但是不应当限于这个列表:
1.初始单元参数分配
2.系统帧数(SFN)
3.传输的码片速率
4.延伸扩展或扰频序列的长度
5.用户设备(UE)标识符
6.采用的信道化代码
应当认同,产生上述序列的方法可以在基站(节点B)或UE中处理器(未显示)上运行的软件中进行,而且软件可以提供为任何适宜的数据载体(也未显示)比如计算机磁盘或光盘上记载的计算机程序单元。
也应当认同,产生上述序列的方法也可以在硬件中进行,例如以集成电路(未显示)的形式,比如节点B或UE中的FPGA(字段可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。
应当进一步理解,上述高效CDMA序列构建方案可以应用于任何序列,比如扩展序列、扰频序列或信道估计或训练序列(如训练序列)。
现在也参考图4,本发明第二个优选实施例涉及为了信道估计而串联训练序列。如图4所示,长度M的训练序列X 410与长度N的另一个训练序列Y 420串联,形成长度M+N的新训练序列Z 430。当然应当认同,训练序列X可以与训练序列Y相同,而且串联不限于两个现有训练序列,而可以是任何正整数数目的信道估计或训练序列。
训练序列可以串联成更长的或者说延长的训练序列,结果改进了信道估计器输出端的载体干扰(C/I)比(其中干扰包括干扰和背景噪声)。显然使用现有的较短训练序列并串联它们以形成更长序列的益处仍然适用于设计的简单性以及重复使用现有的硬件、软件、ROM等。
应当理解,方法不限于串联两个训练序列,而可以是任何数目的训练序列。不仅如此,还应当理解,串联所用的训练序列中的某些或全部可以相互相同。在训练序列一致的情况下,为了实现C/l中的附加增益,在信道估计器的输出端进行软组合。
需要指出的另一点在于,在串联过程中不一定使用现有训练序列的整个长度。例如,假若训练序列包括周期延伸的基序列,基序列就可以用作串联所用的现有训练序列。
应当理解,上述高效CDMA序列构建方案提供了以下优点:
·不必进行最优期望性质序列的穷举搜索而能够延长序列。
·提供了延长序列延续期间的简单装置,它能够重复使用现有的硬件/软件/ROM等,仅仅需要增加简单的可编程或固定的选择算法。
·延长序列的延续期间,以便通过使用常规的匹配滤波器、多用户检测器或自适应滤波器/均衡器,改进所需信号的检测。
Claims (25)
1.一种设备,用于在扩展频谱通信系统中产生预定长度的序列,所述设备包括:
其长度短于所述预定长度的多个预定序列;
用于在所述多个预定序列中选择至少两个的装置;以及
用于串联所述多个预定序列中选定的至少两个以产生预定长度序列的装置。
2.根据权利要求1的设备,其中,
在有索引的列表中排列所述多个预定序列;以及
用于选择的所述装置包括:
用于从所述列表中以索引值n选择所述多个预定序列中至
少两个中的第一序列的装置;以及
用于从所述列表中以从先前选定序列的索引值递增的索引
值选择所述多个预定序列中至少两个中的每个后续序列的装置。
3.根据权利要求2的设备,其中,所述增量是预定整数。
4.根据权利要求3的设备,其中,所述预定整数是0、1和2之一。
5.根据权利要求2的设备,其中,为每个后续序列随机选择递增增量。
6.根据权利要求2-5中任何一条的设备,其中,根据A-F中至少一项确定n:
A初始单元参数分配,
B系统帧数(SFN),
C传输的码片速率,
D扩展代码的预定长度,
E以所述预定长度扩展代码扩展后数据的期望接收机的标识符
F采用的信道化代码
7.根据权利要求1-6中任何一条的设备,其中,所述多个预定序列具有16码片的长度。
8.根据权利要求1-7中任何一条的设备,其中,所述扩展频谱通信系统包括DS-CDMA UMTS系统。
9.根据权利要求8的设备,其中,所述系统包括UTRA TDD系统。
10.根据权利要求1-8中任何一条的设备,其中,所述序列是以下项之一:
扩展序列,
扰频序列,以及
中间序列。
11.根据权利要求1-9中任何一条的设备,进一步包括:
用于以预定长度序列处理数据的装置。
12.一种方法,用于在扩展频谱通信系统中产生预定长度的序列,所述方法包括:
提供其长度短于所述预定长度的多个预定序列;
在所述多个预定序列中选择至少两个;以及
串联所述多个预定序列中选定的至少两个以产生预定长度序列。
13.根据权利要求12的方法,其中,
所述提供的步骤包括在有索引的列表中提供所述多个预定序列;以及
所述选择的步骤包括:
从所述列表中以索引值n选择所述多个预定序列中至少两个中的第一序列;以及
从所述列表中以从先前选定序列的索引值递增的索引值选择所述多个预定序列中至少两个中的每个后续序列。
14.根据权利要求13的方法,其中,所述增量是预定整数。
15.根据权利要求14的方法,其中,所述增量是0、1和2之一。
16.根据权利要求13的方法,其中,为每个后续序列随机选择递增增量。
17.根据权利要求12-16中任何一条的方法,其中,根据A-F中至少一项确定n:
A初始单元参数分配,
B系统帧数(SFN),
C传输的码片速率,
D扩展代码的预定长度,
E以所述预定长度扩展代码扩展后数据的期望接收机的标识符
F采用的信道化代码
18.根据权利要求12-17中任何一条的方法,其中,所述多个预定序列具有16码片的长度。
19.根据权利要求11-17中任何一条的方法,其中,所述扩展频谱通信系统包括DS-CDMA UMTS系统。
20.根据权利要求19的方法,其中,所述UMTS系统包括UTRATDD系统。
21.根据权利要求12-20中任何一条的方法,进一步包括:
以预定长度序列处理数据。
22.一种CDMA系统中所用的基站,所述基站包括根据权利要求1-11中任何一条的设备。
23.一种CDMA系统中所用的用户设备,所述用户设备包括根据权利要求1-11中任何一条的设备。
24.一种计算机程序单元,包括计算机程序软件,用于实质上执行根据权利要求12-22中任何一条的方法。
25.一种集成电路,实质上包括根据权利要求1-11中任何一条的装置。
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