CN1882112A - 高速率分组数据传输的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在一种可以用可变速率传输的数据通信系统中，高速率分组数据传输改进了正向链路的应用，并降低了传输延迟。在正向链路上的数据传输是时间多路复用的，并且在每个时隙上，基站以正向链路支持的最高数据速率向移动站发送。由在移动站处测量到的正向链路信号的最大C/I测量值确定数据速率。在确定接收到的数据分组有差错时，移动站将NACK消息发送回基站。NACK消息导致再发送接收到的有差错的数据分组。通过使用序列号来识别数据分组内的每个数据单元，发送数据分组可以不按顺序。

Description

高速率分组数据传输的方法和装置
本申请是申请日为1998年11月3日、申请号为02106014.2、发明名称为“高速率分组数据传输的方法和装置”的发明专利申请的分案申请。
                          发明背景
I.发明领域
本发明涉及数据通信。尤其，本发明涉及一种新颖且经改进的用于高速率分组数据传输的方法和装置。
II.现有技术的描述
要求现代的通信系统支持多种应用。一种如此的通信系统是码分多址(CDMA)系统，它符合“用于双模式宽带扩散频谱蜂窝系统的TIA/EIA/IS-95移动站-基站兼容标准”，此后称之为IS-95标准。CDMA系统允许在地面链路上进行用户之间的话音和数据通信。在题为“使用卫星或地面转发器的扩展频谱多址通信系统”的美国专利第4,901,307号中，和在题为“在CDMA蜂窝电话系统中产生波形的系统和方法”的美国专利第5,103,459号中揭示了CDMA技术在多址通信系统中的使用，两个专利都转让给本发明的受让人并通过参照引用于此。
在本说明书中，基站指的是各移动站用来通信的硬件。根据使用术语的范围，小区指的是硬件或地理覆盖区。扇区是小区的一部分。因为CDMA系统的扇区具有小区的属性，以术语小区说明的教材可以不费力地扩展到扇区。
在CDMA系统中，通过一个或多个基站进行用户之间的通信。通过在反向链路上把数据发送给基站，在一个移动站上的第一用户与在第二个移动站上的第二用户通信。基站接收数据并可以选定路由把数据送到另一个基站。在同一个基站，或第二基站，的正向链路上把数据发送到第二移动站。正向链路指的是从基站到移动站的传输而反向链路指的是从移动站到基站的传输。在IS-95系统中，对正向链路和反向链路分配独立的频率。
在通信期间，移动站至少和一个基站通信。在软越区切换期间，CDMA移动站可以同时和多个基站通信。软越区切换是在断开前一个基站的链路之前与一个新基站建立链路的过程。软越区切换使丢失呼叫的概率降至最低。在题为“在CDMA电话系统中对移动站有帮助的软越区切换”的美国专利第5,267,261号中揭示了在软越区切换期间通过一个以上的基站和移动站通信的方法和系统，该专利转让给本发明的受让人并通过参照引用于此。软越区切换是在多个扇区上发生通信的过程，由同一个基站对所述多个扇区服务。在1996年11月11日提交的题为“共同基站的扇区之间进行软越区切换的方法和装置”的未定美国专利申请第08/763,498号详细地说明了软越区切换过程，该专利转让给本发明的受让人并通过参照引用于此。
对无线数据应用发生的增长的要求，使对极有效的无线数据通信系统的需求变得日益重要。IS-95标准能够在正向和反向链路上传输话务数据和话音数据。在题为“传输数据格式化的方法和装置”的美国专利第5,504,773号中详细地说明了在固定大小的代码信道帧中传输话务数据的方法，该专利转让给本发明的受让人并通过参照引用于此。根据IS-95标准，将话务数据或话音数据划分成代码信道帧，所述帧的宽度为20毫秒，具有高达14.4Kbps的数据速率。
在话音服务和数据服务之间的值得注意的差异是事实上前者施加精确的和固定的延迟要求。典型地，总的语言帧的一路延迟必须小于100毫秒。对比之下，数据延迟可以成为用于优化数据通信系统的效率的可变参数。特别，可以应用更有效的误差校正代码技术，该技术比话音服务能容忍的延迟还要求显著地更大的延迟。在1996年11月6日提交的，题为“对经卷积编码的代码字解码的软判定输出解码器”的美国专利第08/743,688号中揭示了用于数据的一个有效的编码方案，该专利转让给本发明的受让人并通过参照引用于此。
在话音服务和数据服务之间的另一个值得注意的差异是对于所有的用户，前者要求固定的和共同的服务等级(GOS)。典型地，对于数字系统提供话音服务，这就翻译成对所有用户的固定的和相等的传输速率，和对语言帧的误差率的最大可容忍值。对比之下，对于数据服务，从用户到用户可以有不同的GOS，而且可以是一个优化成增加数据通信系统的总效率的参数。数据通信的GOS一般作为在传输预定的数据量中引起的总延迟来确定，此后称之为数据分组。
在话音服务和数据服务之间尚有另一个值得注意的差异是前者要求可靠的通信链路，在示例CDMA通信系统中，通过软越区切换来提供这种可靠的通信链路。软越区切换造成来自两个或多个基站的冗余传输以提高可靠性。然而，数据传输不需要这个另外的可靠性，因为可以再发送接收到的有差错的数据分组。对于数据服务，可以更有效地使用用于支持软越区切换的发送功率以发送另外的数据。
测量数据通信系统的质量和有效度的参数是发送数据分组所需要的传输延迟和系统的平均通过率。在数据通信中，传输延迟没有相同的脉冲，不象它在话音通信中那样，但是它是测量通信系统质量的一个重要的量度。平均通过率是通信系统的数据传输能力的效率的测量。
众所周知，在蜂窝系统中，任何给定用户的信号对噪声和干扰比C/I是在覆盖区内的用户位置的函数。为了保持服务的给定水平，将TDMA和FDMA系统分类到频率再使用的类型，即，在每个基站中，不是使用所有的频率信道和/或时隙。在CDMA系统中，在系统的每个小区中再使用相同的频率分配，因而改善了总效率。任何给定的用户的移动站得到的C/I确定从基站到用户移动站的这个特定链路可以支持的信息速率。给出用于传输的特定的调制和纠错方法，这是本发明搜寻来优化数据传输的，在需要的C/I电平上得到所给定的性能水平。为了用六边形小区轮廓使蜂窝系统理想化，并在每个小区中应用共同的频率，可以计算在理想小区内所得到的C/I的分布。
通过任何给定的用户得到的C/I是路径损耗的函数，对于地面蜂窝系统，它以r3到r5而增加，其中r是到辐射源的距离。此外，由于在无线电波路径中的人为的和自然的障碍物，路径损耗受到随机变量的支配。一般使这些随机变量模块化，作为具有8dB标准偏差的对数正态阴影随机过程。对于具有全向的基站天线，理想的六边形蜂窝轮廓所得到的C/I分布结果为r4传播定律，而且带有8dB标准偏差的阴影过程如图10所示。
仅在这样的情况下才能得到所得到的C/I分布，即如果在时间的任何瞬时和任何位置，由最佳基站对移动站提供服务(将得到最大C/I值的基站定义为最佳基站，而不管对于每个基站的物理位置)。由于如上所述的路径损耗的随机特性，具有最大C/I值的信号可以是这样的一个信号，该信号离移动站的的距离不是最小物理距离。与之对比，如果仅通过最小距离的基站通信，则基本上可以降低C/I。因此在所有时间里，移动站对最佳服务基站来回地通信是最有利的，因而得到最佳C/I值。也可以观察到，在上述理想模块中和如图10所示，所得到的C/I值的范围是这样的，致使最大和最小值之间的差可以大至10,000。在实际的实施中，一般将范围限制在约1∶100或20dB。由于保持下列关系式，因此对于对移动站服务的基站可能带有最多变化因子100的信息位速率。
R b = W ( C / I ) ( E b / I o ) ′ - - - ( 1 )
其中，Rb表示对特定移动站的信息速率，W是由扩频信号占据的总带宽，Eb/Io是得到给定性能水平所要求的在干扰密度上的每位能量。例如，如果扩频信号占据1.2288MHz的带宽W，并且可靠的通信要求平均Eb/Io等于3dB，则对最佳基站得到3dB的C/I值的移动站能够以高达1.2288Mbps的数据速率进行通信。另一方面，如果移动站经受来自邻近基站的相当大的干扰，而且只能得到-7dB的C/I，则在速率大于122.88Kbps时不能支持可靠的通信。因此，设计成能优化平均通过量的通信系统将试图从最佳服务基站对每个远程用户进行服务，并处于能可靠地支持远程用户的最高数据速率Rb上。本发明的数据通信系统利用上面谈到的特性并优化从CDMA基站到移动站的数据通过量。
                          发明概要
本发明是一种新型的和改进的方法和装置，用于在CDMA系统中的高速率分组数据传输。本发明通过提供在正向和反向链路上传输数据的手段而改善了CDMA系统的效率。每个移动站和一个或多个基站通信，并在与基站通信的持续期中监视控制信道。基站可以使用控制信道以发送少量的数据、对指定移动站寻址的寻呼消息、和对所有移动站的广播消息。寻呼消息通知移动站，基站要向移动站发送大量的数据。
本发明的一个目的是改善在数据通信系统中的正向和反向链路容量的应用。在接收到来自一个或多个基站的寻呼消息时，移动站测量在每个时隙上的正向链路信号(例如正向链路导频信号)的信号对噪声和干扰比(C/I)并使用一组参数寻址最佳基站，所述参数可以包括现在的和以前的C/I测量。在示例实施例中，在每个时隙上，移动站在一个专用的数据请求(DRC)信道上对选定基站发送一个以最高数据速率传输的请求，所测量的C/I能可靠地支持所述的最高数据速率。选定基站在数据分组中发送数据，其数据速率不超过在DRC信道上从移动站接收到的数据速率。通过在每个时隙上从最佳基站发送，得到改进的通过量和传输延迟。
本发明的另一个目的是通过从选定基站在一个或多个时隙的持续期内在峰值发射功率上以移动站请求的数据速率向移动站发送，来改进性能。在示例CDMA通信系统中，基站工作于偏离可得到的发送功率的预定的满功率(例如3dB)，以对使用中的变量计数。因此，平均发送功率是峰值功率的一半。然而，在本发明中，由于安排高速数据传输和一般不分享功率(例如，在传输中间)，就不需要从可得到的发送功率偏离。
本发明尚有另一个目的是通过允许基站以可变数目的时隙向每个移动站发送数据分组来增强效率。从时隙到时隙从不同的基站发送的能力使本发明的数据通信系统能快速地适应在工作环境中的变化。此外，在本发明中有可能在不邻接的时隙上发送数据分组，因为在数据分组内中使用顺序号来识别数据单元。
本发明尚有另一个目的是通过寻址到指定移动站的数据分组从中央控制器正向传送到所有基站，来增加灵活性，所述所有基站是激活组移动站的成员。在本发明中，在每个时隙上，可以从在激活组移动站中的任何基站发生数据传输。由于每个基站包括一个包含待发送到移动站的数据的队列，可以以最小的处理延迟来使有效的正向链路传输发生。
本发明尚有另一个目的是对接收到的有差错的数据单元提供再发送的机构。在示例实施例中，每个数据分组包括数据单元的预定数，每个数据单元由一个序列号来识别。在一个或多个数据单元不正确接收时，移动站在反向链路数据信道上发送否定确认(NACK)，指示用于从基站再发送的丢失数据单元的序列号。基站接收NACK消息并能再发送接收到的有差错的数据单元。
本发明尚有另一个目的是根据在1997年1月29日提交的，题为“在无线通信系统中用于进行软越区切换的方法和装置”的美国专利申请第08/790,497号中描述的过程，使移动站选择用于通信的最佳候选基站，该专利转让给本发明的受让人并通过参照引用于此。在示例实施例中，如果所接收的导频信号在预定的增加门限以上，则可以将基站增加到移动站的激活组中，如果导频信号在预定的降低门限以下，则将基站从移动站的激活组中除去。在另一个实施例中，如果基站的附加的能量(例如由到频信号测量到的)和已经在激活组中的基站的能量超过预定的门限，则可以将基站增加到激活组中。使用该另一个实施例，不将这样的基站增加到激活组中，即该基站发送的能量包括在移动站处接收到的总能量的很少的量。
本发明尚有另一个目的是移动站用如此的方法在DRC信道上发送数据速率请求，以致只有在与移动站通信的基站中间的选定基站才能分辨DRC消息，因此保证在任何给定的时隙上的正向链路发送都是来自选定基站。在示例实施例中，向与移动站通信的每个基站指派一个唯一的沃尔什代码。移动站以相应于选定基站的沃尔什代码覆盖DRC消息。可以用其它代码来覆盖DRC消息，虽然一般应用正交代码而且最好是沃尔什代码。
                          附图简述
在下面当结合附图进行详细描述时，本发明的特性、目的和优点将更为明了，在所有的附图中，用相同的标记作相应的识别，其中，
图1是本发明的数据通信系统的图，同包括多个小区、多个基站和多个移动站。
图2是本发明的数据通信系统的子系统的示例方框图；
图3A-3B是本发明的示例正向链路结构的方框图；
图4A是本发明的示例正向链路帧结构的图；
图4B-4C分别是示例正向话务信道和功率控制信道的图；
图4D是本发明的穿孔分组的图；
图4E-4G分别是两个示例数据分组格式和控制信道容器的图；
图5是示例时序图，示出在正向链路上的高速率分组传输；
图6是本发明的示例反向链路结构的方框图；
图7A是本发明的示例反向链路帧结构的图；
图7B是示例反向链路访问信道的图；
图8是示例时序图，示出在反向链路上的高速率分组传输；
图9是示例状态图，示出移动站的工作工作状态得到变化；
图10是在理想的六边形蜂窝轮廓中的C/I分布的积累分布函数(CDF)的图。
                     较佳实施例的详述
根据本发明的数据通信系统的示例实施例，从一个基站到一个移动站，发生以最大数据速率或接近于最大数据速率的正向链路数据传输(见图1)，可以通过正向链路和系统支持所述最大数据速率。可以从一个移动站到一个或多个基站发生反向链路数据通信。对于正向链路传输的最大数据速率的计算将在下面详细地说明。将数据分成数据分组，在一个或多个时隙上发送每个数据分组。在每个时隙上，基站可以把数据传输引导到任何一个与基站通信的移动站。
起初，使用预定的访问过程，移动站建立与基站的通信。在该连接状态中，移动站可以从基站接收数据和控制消息，并能对基站发送数据和控制消息。然后移动站监视来自在移动站的激活组中的基站的，用于传输的正向链路。激活组包括一系列与移动站通信的基站。特别地，当在移动站处接收到时，移动站测量来自在激活组中的基站的正向链路导频的信号对噪声和干扰比(C/I)。如果接收到的导频信号在预定的增加门限之上或预定的降低门限之下，则移动站向基站报告该情况。来自基站的接着的消息指导移动站分别将基站增加到它的激活组中或从它的激活组中除去。下面说明移动站的各种工作状态。
如果没有数据可以发送，则移动站返回空闲状态并停止向各基站传输数据速率信息。当移动站处于空闲状态时，移动站对于来自一个或多个在激活组中的基站的控制信道监视寻呼消息。
如果有待发送到移动站的数据，则由中央控制器将数据发送到在激活组中的所有基站并存储在每个基站的队列中。然后由一个或多个基站将寻呼消息发送到在相应的控制信道上的移动站。即使移动站在基站之间转换时，为了保证接收，基站可能同时在几个基站上发送所有这种寻呼消息。移动站对在一个或多个控制信道上的信号进行解调和解码以接收寻呼消息。
对寻呼消息解码，并对于每个时隙，直到完成数据传输，移动站测量在移动站处接收到的，来自在激活组中的基站的正向链路信号的C/I。可以通过测量相应的导频信号得到正向链路信号的C/I。然后移动站根据一组参数选择最佳基站。该组参数可以包括现在的和以前的C/I测量值和位误码率或分组出错率。例如，可以根据最大C/I测量值选择最佳基站。然后移动站识别最佳基站并在数据请求信道(此后称之为DRC信道)上向选定基站发送数据请求消息(此后称之为DRC消息)。DRC消息可以包括所请求的数据速率或，另一方面，包括正向链路信道的质量的指示(例如，C/I测量值本身、位误码率或分组出错率)。在示例实施例中，通过沃尔什代码的使用，移动站可以将DRC消息的发送引导到指定的基站，所述沃尔什代码是唯一地定义基站的。DRC消息码元与唯一的沃尔什代码进行异或。由于在移动站的激活组中的每个基站由唯一的沃尔什代码定义，只有选定基站可以对DRC消息正确地解码，选定基站用正确的沃尔什代码完成与移动站所完成的相同的异或操作。基站使用来自每个移动站的速率控制信息，有效地以最高可能速率发送正向链路数据。
在每个时隙上，基站可以选择任何经寻呼的移动站进行数据传输。然后根据接收到的来自移动站的最近的DRC消息值，基站确定数据速率，在该数据速率上将数据发送到选定移动站。此外，通过使用对一个特定的移动站是唯一的扩展代码，基站唯一地确定到该移动站的传输。在示例实施例中，该扩展代码是长伪噪声代码(PN)，它由IS-95标准定义。
数据分组要趋向的移动站接收数据传输并对数据分组进行解码。每个数据分组包括多个数据单元。在示例实施例中，数据单元包括8个信息位，不过可以定义不同的数据位大小而且也在本发明的范围之内。在示例实施例中，每个数据单元与一个序列号有关，并且移动站能够识别丢失的传输或复制的传输。在这种过程中，移动站通过反向链路数据信道通信有关丢失数据单元的序列号。然后，接收到来自移动站的数据消息的基站控制器向所有基站指示与该特定的移动站正在进行通信，而所述移动站没有接收到数据单元。然后基站规划这种数据单元的再发送。
在数据通信系统中的每个移动站能够与在反向链路上的多个基站通信。在示例实施例中，由于几个原因，本发明的数据通信系统在反向链路上支持软越区切换或较软越区切换。首先，软越区切换不消耗在反向链路上的附加的容量而是如此地允许移动站以最小的功率电平发送数据致使至少一个基站能对数据可靠地解码。第二，由多个基站接收反向链路信号增加传输的可靠性而仅要求在基站处的附加的硬件。
在示例实施例中，由移动站的速率请求确定本发明的数据传输系统的正向链路容量。通过使用定向天线和自适应空间滤波器可以得到在正向链路容量中的附加增益。在1995年12月20日提交的，题为“在多用户通信系统中确定传输数据速率的方法和装置”的未定的美国专利申请第08/575,049号中和在1997年9月8日提交的，题为“提供正交点波束、扇区和皮蜂窝区(旧称微微蜂窝区)的方法和装置”的美国专利申请第08/925,521号中揭示了提供定向传输的一种示例方法和装置，两个专利都转让给本发明的受让人并通过参照引用于此。
I.系统说明
参考附图，图1表示本发明的示例数据通信系统，它包括多个小区2a-2g。由相应的基站4对每个小区2进行服务。各移动站6遍布于整个数据通信系统中。在示例实施例中，在每个时隙上，每个移动站6最多和一个在正向链路上的基站4通信，但是根据移动站6是否处于软越区切换，在反向链路上，它可以和一个或多个基站4通信。例如，在时隙n上，基站4a只对移动站6a发送数据，基站4b只对移动站6b发送数据，以及基站4c只对移动站6c发送数据。在图1中，带箭头的实线表示基站4到移动站6的数据传输。带箭头的虚线表示移动站6正在接收来自基站4的导频信号，但是没有数据传输。为了简单起见，在图1中未示出反向链路通信。
如图1所示，在任何给定的时刻，每个基站4最好对一个移动站6发送数据。移动站6，特别是位于接近小区边界的移动站6，可以从多个基站4接收到导频信号。如果导频信号在预定的门限值之上，则移动站6可以请求把基站4加到移动站6的激活组中。在示例实施例中，移动站6可以接收来自激活组的零个或一个成员的数据传输。
在图2中示出说明本发明的数据通信系统的基本子系统的方框图。基站控制器10与分组网络接口24、PSTN 30、和在数据通信系统中的所有基站4(为了简单起见，仅示出一个基站4)连接。基站控制器10协调在数据通信系统中的移动站6和连接到分组网络接口24和PSTN 30的其它用户之间的通信。PSTN30通过标准电话网络(在图2中未示出)与用户连接。
基站控制器10包括许多选择器单元14，虽然为了简单起见在图2中仅示出一个。指派一个选择器单元14控制一个或多个基站4和一个移动站6之间的通信。如果未曾对移动站6指派选择器单元14，则通知呼叫控制处理器16，必须呼叫移动站6。然后呼叫控制处理器16引导基站4呼叫移动站6。
数据源20包括待发送到移动站6的数据。数据源20将数据提供给分组网络接口24。分组网络接口24接收数据并将数据通过路由送到选择器单元14。选择器单元14将数据发送到与移动站6通信的每个基站4。每个基站4保留数据队列40，所述队列包含待发送到移动站6的数据。
在示例实施例中，在正向链路上，数据分组涉及与数据速率无关的预定的数据量。用其它控制和代码位对数据分组格式化并进行编码。如果在多个沃尔什信道上发生数据传输，则将经编码的分组多路分解成在沃尔什信道上发送的每个流的平行流。
从数据队列40到信道单元42按数据分组发送数据。对于每个数据分组，信道单元42插入必需的控制字段。数据分组、控制字段、帧校验序列位、和代码尾位包括经格式化的分组。然后信道单元42对一个或多个经格式化的分组进行编码并交错(或重新排序)在经编码的分组内的码元。其次，用扰频序列对经交错的分组进行扰频，以沃尔什代码覆盖并用长PN代码和短PNI和PNQ代码扩展。通过在RF单元44内的发射机调制、滤波和放大，扩展数据是正交的。在正向链路上通过天线46在空中发送正向链路信号。
在移动站6处，通过天线60接收正向链路信号并按路由送到在前端62中的接收机。接收机对信号滤波、放大、正交解调和量化。将数字化信号提供给解调器(DEMOD)64，所述数字化信号在那里以长PN代码和短PNI和PNQ代码去扩展、以沃尔什代码去覆盖和用相同的扰频序列解扰频。将经解调的数据提供给解码器66，它完成和在基站4中进行的相反的信号处理功能，特别是去交错、解码和帧校验功能。将经解码的数据提供给数据宿68。如上所述，硬件支持在正向链路上的数据、消息、话音、视频和其它通信的传输。
可以通过许多实施来完成系统控制和调度功能。信道调度程序48的位置根据要求中心式的还是分布式的控制/调度处理。例如，对于分布式的处理，可以将信道调度程序放置在每个基站4内。反之，对于中心式处理，可以将信道调度程序放置在基站控制器10内并可以设计成能协调多个基站4的数据传输。可以设想上述功能的其它的实施，所述其它实施在本发明的范围内。
如图1所示，移动站6遍布于整个数据通信系统并可以和正向链路上的零个或一个基站4通信。在示例实施例中，信道调度程序48协调一个基站4的正向链路数据传输。在示例实施例中，信道调度程序48连接到基站4内的数据队列40和信道单元42，并接收来自移动站6的队列大小和DRC消息，所述队列大小指示发送到移动站6的数据量。信道调度程序48如此地调度高速率数据传输，致使最大数据通过量和最小传输延迟的系统目标得以最优化。
在示例实施例中，部分地根据通信链路的质量调度数据传输。在1996年9月11日提交的，题为“提供在蜂窝环境中的高速数据通信的方法和装置”的美国专利申请第08/741,320号揭示了根据链路质量选择传输速率的示例通信系统，该专利转让给本发明的受让人并通过参照引用于此。在本发明中，数据通信的调度可以根据附加的考虑，诸如用户的GOS、队列大小、数据类型、已经经历的延迟量和数据传输的误差率。在1997年2月11日提交的，题为“用于正向链路速率调度的方法和装置”的美国专利申请第08/798,951号中，和在1997年8月20日提交的，题为“用于反向链路速率调度的方法和装置”的美国专利申请第08/914,928号中详细地说明了这些考虑，该两个专利都转让给本发明的受让人并通过参照引用于此。可以考虑在调度数据传输中的其它因素，所述其它因素在本发明的范围内。
本发明的数据通信系统支持在反向链路上的数据和消息传输。在移动站6内，控制器76通过将数据或消息由路由送到编码器72处理数据或消息传输。可以在微控制器、微处理器、数字信号处理器(DSP)芯片或经编程完成上述功能的ASIC中来实现控制器76。
在示例实施例中，编码器72对消息编码，所述消息符合在上述美国专利第5,504,773号中说明的空白和猝发(Blank and Burst)信令数据格式。然后编码器72产生和添加一组CRC位，添加一组代码尾位，对数据编码和添加位，以及对在经编码的数据内的码元再排序。将经交错的数据提供给调整器(MOD)74。
在许多实施例中可以实现调整器74。在示例实施例中(见图6)，以沃尔什代码覆盖数据，用长PN代码扩展并进一步用短PN代码扩展。将经扩展的数据提供给在前端62内的发射机。发射机通过天线46，在反向链路52上，调制、滤波、放大和发送在空中的反向链路信号。
在示例实施例中，移动站6根据长PN代码扩展反向链路数据。根据公共长PN序列的瞬时偏移定义每个反向链路信道。在两个不同的偏移处，对调制序列的结果不进行相关。根据移动站6的唯一的数字识别符来确定移动站6的偏移，这在IS-95移动站6的示例实施例中是移动站特定的识别号。因此，每个移动站在根据它的唯一的电子串号确定的一个不相关反向链路信道上发送。
在基站4处，通过天线46接收反向链路信号并提供给RF单元44。RF单元44对该信号滤波、放大、解调和量化并将数字化的信号提供给信道单元42。信道单元42用短PN代码和长PN代码对数字化信号去扩展。信道单元42还完成沃尔什代码去覆盖和导频和DRC录取。然后信道单元42对经解调的数据再排序，对去交错的数据解码和完成CRC校验功能。将经解码的数据，例如数据或消息，提供给选择器单元14。选择器单元14选定路由将数据和消息送到合适的目的地。信道单元42还可以将质量指示符转送到选择器单元14以指示所接收的数据分组的情况。
在示例实施例中，移动站6可以处于3种操作状态中的一种。在图9中示出一示例状态图，表示移动站6的各种操作状态之间的变化。在访问状态902，移动站6发送访问探针并等待基站4的信道指派。信道指派包括资源分配，诸如功率控制信道和频率分配。如果呼叫移动站6并警告有输入数据传输，或如果移动站6在反向链路上发送数据，则移动站6从访问状态902变化到连接状态904。在连接状态904中，移动站6交换(例如发送或接收)数据并完成切换操作。在释放过程完成时，移动站6从连接状态904变化到空闲状态906。在被拒绝和基站4连接时，移动站6也可以从访问状态902变化到空闲状态906。在空闲状态906中，通过在正向控制信道上接收消息和对消息解码，移动站6收听额外开销和寻呼消息，并完成空闲切换过程。通过使过程开始，移动站6可以变化到访问状态902。图9所示的状态图仅是作为说明而示出的示例状态定义。也可以应用其它状态图，所述其它状态图在本发明的范围之内。
II.正向链路数据传输
在示例实施例中，移动站6和基站4之间的通信的开始和CDMA系统所用的方法相似。在完成呼叫设置之后，移动站6为寻呼信息而监视控制信道。在连接状态时，移动站6在反向链路上开始导频信号的传输。
在图15中示出本发明的正向链路高速率数据传输的示例流程图。如果基站4有数据要发送到移动站6，在块502处，基站4在控制信道上对移动站6寻址发送寻呼消息。根据移动站6的切换状态，可以从一个或多个基站4发送寻呼消息。在寻呼消息的接收时，在块504处，移动站6开始C/I测量过程。从下述方法的一种或其组合计算正向链路信号的C/I。然后在块506处，移动站6根据最佳的C/I测量值选择所请求的数据速率并在DRC信道上发送DRC消息。
在相同的时隙内，在块508处，基站4接收DRC消息。如果可以得到数据传输的下一个时隙，则在块510处基站4以所请求的数据速率向移动站6发送数据。如果可得到下一个时隙，在块514处，基站4发送余留的分组并在块516处，移动站6接收数据传输。
在本发明中，移动站6可以同时和一个或多个基站4通信。由移动站采取的动作是根据移动站6是或不是在软越区切换中。下面分别讨论这两种情况。
III.无软越区切换情况
在无软越区切换的情况下，移动站6与一个基站4通信。参考图2，将对特定的移动站6指定的数据提供给选择器单元14，已经指派该选择器单元控制与所述移动站6的通信。选择器单元14把数据转送给在基站4内的数据队列40。基站4使数据排队并在控制信道上发送寻呼消息。然后基站4在反向链路DRC信道上监视来自移动站6的DRC消息，基站4可以再发送寻呼消息，直到检测到DRC消息。在预定次数的再发送尝试之后，基站4可以终止该过程或再一开始对移动站的一个呼叫。
在示例实施例中，移动站6将以DRC消息形式的所请求数据速率发送到在DRC信道上的基站4。在另一个实施例中，移动站6把正向链路信道的质量的指示(例如，C/I测量值)发送到基站4。在示例实施例中，基站4用软判定对3位DRC消息解码。在示例实施例中，在每个时隙的前半个时间内发送DRC消息。然后基站4以剩余的半个时隙对DRC消息解码，并组成用于在接连着的下一个时隙的数据传输的硬件，如果所述移动站6可以得到用于数据传输的该时隙。如果不可得到接连着的下一个时隙，基站4等待下一个可得到的时隙并对DRC信道监视新的DRC消息。
在第一实施例中，基站4在所请求的数据速率上发送。该实施例使移动站6具有重要的选择数据速率的判定的性能。总是在所请求的速率上发送有这样的优点，即移动站6知道要期望哪个数据速率。因此，移动站6仅对根据所请求的数据速率的话务信道解调和解码。基站4不需要向移动站6发送指示基站4正在使用哪个数据速率的消息。
在第一实施例中，在接收寻呼消息之后，移动站6连续地尝试以所请求的数据速率对数据进行解调。移动站6解调正向话务信道并向解码器提供软判定码元。解码器对码元解码并完成在经解码的分组上的帧校验，以确定是否正确地接收分组。如果接收到的分组有差错，或如果分组是要引导到另一个移动站6的，则帧校验将指示分组误差。在第一实施例的另一方面，移动站6在时隙到时隙的基础上解调数据。在示例实施例中，移动站6能够确定对它引导的数据传输是否根据结合在每个发送数据分组内的前置码，如下所述。因此，如果移动站6确定这是对另一个移动站6引导的传输，则它能够终止解码过程。在每种情况下，移动站6将否定确认(NACK)消息发送到基站4以确认数据单元的不正确接收。当接收NACK时，再发送接收到的有差错的数据单元。
可以用与在CDMA系统中传输误差指示位(EIB)相同的方法来实现NACK消息的传输。在题为“格式化传输数据的方法和装置”的美国专利申请第5，568,483号揭示了EIB传输的实现和使用，该专利转让给本发明的受让人并通过参照引用于此。另一方面，可以用消息发送NACK。
在第二实施例中，基站4用来自移动站6的输入确定数据速率。移动站6完成C/I测量并向基站4发送链路质量的指示(例如，C/I测量值)。基站4可以根据基站4可用的资源(诸如队列大小和可用的发射功率)来调节所请求的数据速率。可以将经调节的数据速率在经调节的数据速率上在数据传输之前或与数据传输一起，或能够包含在数据分组的编码中而发送到移动站6。在第一种情况下，移动站6在数据传输之前接收到经调节的数据速率，移动站6以第一实施例所述的方法对所接收的分组解调和解码。在第二种情况下，将经调节的数据速率和数据传输同时发送到移动站6，移动站6可以解调正向话务信道并存储经解调的数据。当接收经调节的数据速率时，移动站6根据经调节的数据速率对数据解码。以及在第三种情况下，使经调节的数据速率包含在经编码的数据分组中，移动站6对所有选用的速率解码并归纳地确定用于选择经解码的数据的发送速率。在1996年10月18日提交的，题为“在可变速率通信系统中用于确定接收数据速率的方法和装置”的美国专利申请第08/730,863号和在1997年8月8日提交的，题也为“在可变速率通信系统中用于确定接收数据速率的方法和装置”的美国专利申请第08/908,866号中详细地说明了完成速率确定的方法和装置，两个专利都转让给本发明的受让人并通过参照引用于此。在上述的所有情况下，如上所述，如果帧校验的结果是否定的，则移动站6发送NACK消息。
除了另行指出，此后根据第一实施例进行讨论，在第一实施例中，移动站6向基站4发送指示所请求数据速率的DRC消息。然而，这里说明的发明概念同样地可应用于第二实施例，在第二实施例中，移动站6向基站发送链路质量的指示。
IV.越区切换情况
在越区切换情况中，移动站6在反向链路上与多个基站4通信。在示例实施例中，从一个基站4发生在正向链路上对特定移动站6的数据传输。然而，移动站6可以同时接收来自多个基站4的导频信号。如果基站4的C/I测量值超过预定的门限，则将基站4增加到移动站6的激活组中。在软越区切换方向消息期间，新基站4指派移动站6到在下面说明的反向功率控制(RPC)沃尔什信道。在软越区切换中的每个基站4与移动站6监视反向链路传输并在它们相应的RPC沃尔什信道上发送RPC位。
参考图2，控制与移动站6通信而指派的选择器单元14将数据转送到在移动站6的激活组中的所有基站4。接收到来自选择器单元14的数据的所有基站4在它们相应的控制信道上向移动站6发送寻呼消息。当移动站6处于连接状态时，移动站6完成两种功能。第一，移动站6根据一组参数(它可以是最佳C/I测量值)选择最佳基站4。然后，移动站6选择相应于C/I测量值的数据速率并向选定基站4发送DRC消息。通过指派给特定基站4的沃尔什覆盖来覆盖DRC消息，移动站6可以引导将DRC消息传输到特定基站4。第二，移动站6试图根据在每个接着的时隙上的所请求的数据速率来解调正向链路信号。
在发送寻呼消息之后，在激活组中的所有基站4为来自移动站6的DRC消息而监视DRC信道。再有，因为用沃尔什代码覆盖DRC消息，以相同的沃尔什覆盖指派的选定基站4能够对DRC消息去覆盖。当接收DRC消息时，选定基站4在下一个可用的时隙上把数据发送到移动站6。
在示例实施例中，基站4向移动站6发送分组形式的数据，它包括在所请求的数据速率上的多个数据单元。如果移动站6不正确地接收数据单元，则在反向链路上向在激活组中的所有基站4发送NACK消息。在示例实施例中，基站4对NACK消息解调和解码并将它转送到选择器单元14以供处理。在处理NACK消息时，使用如上所述的过程再发送数据单元。在示例实施例中，选择器单元14将接收到的来自所有基站4的NACK信号结合到一个NACK消息并将NACK消息发送到在激活组中的所有的基站4。
在示例实施例中，移动站6可以检查最佳C/I测量值的变化并在每个时隙上动态地请求从不同的基站4的数据传输，以改善效率。在示例实施例中，由于在任何给定的时隙上仅从一个基站4发生数据传输，在激活组中的其它基站4并不知道已经把什么数据单元(如果有的话)发送到移动站6。在示例实施例中，发送基站4把数据传输通知选择器单元14。然后，选择器单元14向在激活组中的所有基站发送消息。在示例实施例中，认为所发送的数据已经由移动站6正确地接收。因此，如果移动站6向在激活组中的不同的基站4请求数据传输，则新基站4发送剩余的数据单元。在示例实施例中，新基站4根据来自选择器单元14的最新传输更新而发送。另一方面，新基站4选择下一个数据单元，使用根据来自选择器单元14的度量(诸如平均传输速率和优先更新)的预测方案来发送。这些机构使在不同的时隙上多个基站4对相同数据的重复再发射(造成效率的损失)减至最小。如果接收到的优先发送有差错，则基站4可以在序列之外再发送这些数据单元，因为每个数据单元是由如下所述的唯一的序列号识别的。在示例实施例中，如果产生了(例如，作为一个基站4到另一个基站4之间的越区切换的结果)一个空洞(或非发送的数据单元)，则将丢失的数据考虑为有差错的接收。移动站6发送相应于丢失数据单元的NACK消息并再发送这些数据单元。
在示例实施例中，在激活组中的每个基站4保留一个独立的数据队列40，所述队列包含待发送到移动站6的数据。除了再发送的接收到有差错的数据单元和信令消息之外，选定基站4以顺序的次序发送存在于它的数据队列40中的数据。在示例实施例中，在发送之后，将所发送的数据单元从队列40中删除。
V.正向链路数据传输的其它考虑
本发明的数据通信系统中的一个重要的考虑是C/I估计值的正确度，该值的用途是为了将来传输而选择数据速率。在示例实施例中，当基站4发送导频信号时，在时间间隔期间，在导频信号上完成C/I测量。在示例实施例中，由于在该导频时间间隔期间只发送导频信号，多路径和干扰的影响最小。
在本发明的其它实施中，与IS-95系统相似，在正交代码信道上连续地发送导频信号，多路径和干扰的影响会使C/I测量值失真。相似地，当在数据传输上完成C/I测量值代替导频信号时，多路径和干扰也会使C/I测量值变坏。在这两种情况中，当一个基站4向一个移动站6发送时，移动站6能够正确地测量正向链路信号的C/I，因为不存在其它干扰信号。然而，当移动站6在软越区切换中并从多个基站4接收导频信号时，移动站6不能分辨基站4是否正在发送数据。在最坏的情况下，移动站6可以在第一时隙上测量高C/I，当没有基站4正在向任何移动站6发送数据时，并在第二时隙上接收数据传输，当所有基站4正在相同的时隙上发送数据。当所有基站4空闲时，在第一时隙上的C/I测量值在第二时隙上给出正向链路信号质量的虚警指示，因为数据通信系统已经改变状态。事实上，在第二时隙上的真实C/I可能降低到一点，在该点不可能在所请求的数据速率上可靠地解码。
当由移动站6根据最大干扰估计C/I时，存在相反的极端情况。然而，仅当选定基站正在发送时，才发生实际的传输。在这种情况下，C/I估计和选定数据速率是保守的，发生传输的速率比能够可靠地解码的速率要低，因此降低了传输效率。
在实施中，在连续导频信号或话务信号上完成C/I测量，通过三个实施例，根据在第一时隙上的C/I测量值，在第二时隙上的C/I预测可以更为正确。在第一实施例中，控制来自基站4的数据传输，以致在接连的时隙上，基站4不是经常地在发送和空闲状态之间转换。这可以通过在将实际数据传输到移动站6去之前，使足够的数据列队(例如，信息位的预定数)而得到。
在第二实施例中，每个基站4发送一个正向激活位(此后称之为FAC位)，它表示在下一个半帧中是否将发生传输。下面将详细地说明FAC位的使用。移动站6考虑所接收到的来自每个基站4的FAC位而完成C/I测量。
在第三实施例中，它相应于把链路质量指示发送到基站4的方案并且使用了中央调度方案，通过信道调度程序48，可以得到指示在每个时隙上哪个基站4发送数据的调度信息。信道调度程序48接收来自移动站6的C/I测量值并能根据它对于在数据通信系统中来自每个基站4的数据传输存在或不存在的知识来调节C/I测量值。例如，移动站6能测量当没有邻近的基站正在发送时，在第一时隙上的C/I。将所测量的C/I提供给信道调度程序48。信道调度程序48知道在第一时隙上邻近的基站4没有发送，因此信道调度程序48没有进行调度。在第二时隙上调度数据传输时，信道调度程序48知道是否有一个或多个基站4将发送数据。信道调度程序48可以考虑由于邻近的基站4的数据传输而使移动站6将在第二时隙中接收到的附加的干扰，调节在第一时隙上测量的C/I。另一方面，如果当邻近的基站4正在发送时在第一时隙上测量C/I，而在第二时隙上这些基站都不发送，则信道调度程序48可以考虑附加的信息而调节C/I测量值。
另一个重要的考虑是使冗余再发送降到最小。冗余再发送是在连续的时隙上允许移动站6从不同的基站4选择数据传输所造成的结果。如果移动站6对这些基站4测量到几乎相等的C/I，则在接连的时隙上，最佳C/I测量值可以在两个或多个基站4之间转换。可能由于在C/I测量中的偏离和/或在信道条件中的变化而触发转换。在接连的时隙上，不同基站4的数据传输可以造成效率的损失。
可以通过使用滞后来解决转换的问题。可以用信号电平方案、时序方案、或信号电平和时序的组合来实现滞后。在示例信号电平方案中，不选择在激活组中的不同的基站4的较佳C/I测量值，除非它至少超过当前正在发送的基站4的C/I测量值一个滞后量。作为例子，假设在第一时隙上，滞后是10dB，第一基站4的C/I测量值是3.5dB，以及第二基站4的C/I测量值是3.0dB。在下一个时隙上，不选择第二基站4，除非它的C/I测量值至少比第一基站4的C/I测量值高1.0dB。因此，如果在下一个时隙上，第一基站4的C/I测量值仍是3.5dB，则不选择第二基站4，除非它的C/I测量值至少是4.5dB。
在示例时序方案中，对于预定数目的时隙，基站4将数据分组发送到移动站6。在预定数目的时隙内，不允许移动站6选择不同的发送基站4。移动站6不断地在每个时隙上测量当前在发送的基站4的C/I，并根据C/I测量值选择数据速率。
尚有另一个重要的考虑是数据传输的效率。参考图4E和4F，每个数据分组格式410和430包括数据和额外开销位。在示例实施例中，额外开销位的数目对所有数据速率都固定。在最高数据速率上，相对于分组大小的额外开销的百分比较小，效率较高。在较低数据速率上，额外开销位可以包括分组的较大百分比。可以通过对移动站6发送可变长度数据分组来改进在较低数据速率上的效率不高。可以将可变长度数据分组分开在多个时隙上发送。最好，在接连的时隙上将可变长度数据分组发送到移动站6以简化处理。引导本发明对各种支持的数据速率使用各种分组大小，以改进总的传输效率。
VI.正向链路结构
在示例实施例中，在任何给定的时隙上，基站4以基站4可得到的最大功率和数据通信系统支持的最大数据速率向单个移动站6发送。可以支持的最大数据速率是动态的并与移动站6测量到的正向链路信号的C/I有关。最好，在任何给定的时隙上基站4仅对一个移动站6发送。
为了便于数据传输，正向链路包括4个时间多路复用的信道：导频信道、功率控制信道、控制信道和话务信道。在下面说明这些信道的每一个的功能和实施。在示例实施例中，话务和功率控制信道的每一个包括一定数目的正交扩展沃尔什信道。在本发明中，使用话务信道将话务数据和寻呼消息发送到移动站6。当用于发送寻呼消息时，在本说明中还把话务信道称为控制信道。
在示例实施例中，选择正向链路的带宽为1.2288MHz。该带宽选择允许使用现有的，为符合IS-95标准的CDMA系统设计的硬件元件。然而，可以采用本发明的系统用于不同的带宽以改进容量和/或符合系统的要求。例如，可以应用5MHz的带宽以增加容量。此外，正向链路和反向链路的带宽可以不同(例如，在正向链路上5MHz带宽和反向链路上1.2288MHz带宽)以按要求更接近地配合链路容量。
在示例实施例中，短的PNI和PNQ代码是相同长度215PN代码，它们是由IS-95标准指定的。在1.2288MHz的筹元(chip)速率上，短PN序列每26.67毫秒重复一次(26.67毫秒＝215/1.2288×106)。在示例实施例中，在数据通信系统内的所有基站4使用相同的短PN代码。然而，由基本短PN序列的唯一的偏移来识别每个基站4。在示例实施例中，偏移以64筹元为增量。可以应用其它带宽和PN代码，它们都在本发明的范围内。
VII.正向链路话务信道
在图3A中示出本发明的示例正向链路结构的方框图。将数据分成数据分组并提供给CRC编码器112。对每个数据分组，CRC编码器112产生帧校验位(例如，CRC奇偶位)并插入代码尾位。来自CRC编码器112的经格式化的分组包括在下面说明的数据、帧校验和代码尾位以及其它额外开销位。将经格式化的分组提供给编码器114，在示例实施例中，编码器114根据在上述的美国专利申请第08/743,688号中所揭示的编码格式对分组进行编码。也可以使用其它的编码格式，它们都在本发明的范围内。将来自编码器114的经编码的分组提供给交错器116，它对在分组中的代码码元重新排序。将经交错的分组提供给穿孔单元118，它以下述的方法把分组的一部分除去。将穿孔分组提供给乘法器120，它用来自扰频器122的扰频序列对数据扰频。在下面详细地说明穿孔单元118和扰频器122。从乘法器120的输出包括加扰分组。
将加扰分组提供给可变速率控制器130，它将分组进行多路分解，分解成κ平行同相和正交信道，其中κ和数据速率有关。在示例实施例中，首先将加扰分组进行多路分解，分解成同相(I)和正交(Q)流。在示例实施例中，I流包括偶指数码元而Q流包括奇指数码元。对每个流进一步进行多路分解，分解成κ平行信道，致使每个信道的码元速率对所有数据速率固定。将每个流的κ信道提供给沃尔什覆盖单元132，它用沃尔什函数覆盖每个信道以提供正交信道。将正交信道数据提供给增益单元134，它对数据定标，以对所有数据速率保持不变的每筹元总能量(因而不变的输出功率)。将来自增益单元134的经定标的数据提供给多路复用器(MUX)160，它用前置码对数据进行多路复用。下面详细地讨论前置码。将来自MUX160的输出提供给多路复用器(MUX)162，它对话务数据、功率控制位和导频数据进行多路复用。MUX162的输出包括I沃尔什信道和Q沃尔什信道。
在图3B中示出用于调制数据的示例调整器的方框图。将I沃尔什信道和Q沃尔什信道分别提供给加法器212a和212b，它们使各κ沃尔什信道相加，分别提供信号Isum和Qsum′。将Isum和Qsum信号提供给复数乘法器214，复数乘法器还接收分别来自乘法器236a和236b的PNI和PNQX信号，并根据下面的等式使两个复数输入相乘：
(Imult+jQmult)＝(Isum+jQsum)·(PN_I+jPN_Q)
                                                         (2)
＝(Isum·PN_I-jQsum·PN_Q)+j(Isum·PN_Q+jQsum·PN_I)
其中，Imult和Qmult是从复数乘法器214的输出而j是复数表示。将Imult和Qmult信号分别提供给滤波器216a和216b，它们对信号滤波。将经滤波器216a和216b滤波的信号分别提供给乘法器218a和218b，它们使信号分别和同相正弦COS(wct)和正交正弦SIN(wct)相乘。将I调制的信号和Q调制的信号提供给加法器220，它使信号相加以提供正向经调制的波形S(t)。
在示例实施例中，用长PN代码和短PN代码使数据分组扩展。长PN代码对分组进行扰频，致使只有对其指派分组的移动站6才能对分组解扰频。在示例实施例中，用短PN代码而不是长PN代码扩展导频和功率控制位和控制信道分组，以允许所有移动站6接收这些位。由长代码产生器232产生长PN序列并提供给多路复用器(MUX)234。长PN屏蔽确定长PN序列的偏移，并将其唯一地指派给目标移动站6。在传输数据部分期间，从MUX234输出长PN序列，否则输出零(例如，在导频和功率控制部分期间)。将来自MUX234的经选通的长PN序列和来自短代码产生器238的短PNI和PNQ序列分别提供给乘法器236a和236b，它们使两组序列相乘以分别形成PN_I和PN_Q信号。将PN_I和PN_Q信号提供给复数乘法器214。
示于图3A和3B的示例话务信道的方框图是多种支持在正向链路上的数据编码和调制的结构之一。其它结构，诸如在CDMA系统中用于正向链路话务信道的结构，它符合IS一95标准，也可以应用它并在本发明的范围内。
在示例实施例中，预先确定由基站4支持的数据速率，并对每个支持数据速率指派一个唯一的速率指数。移动站6根据C/I测量值选择支持数据速率之一。由于需要把所请求的数据速率发送到基站4以引导该基站4在所请求的数据速率上发送数据，在支持数据速率的数和需要识别所请求的数据速率的位数之间要作出权衡。在示例实施例中，支持数据速率的数是7，使用3位速率指数来识别所请求的数据速率。表1示出支持数据速率的示例定义。可以设想支持数据速率的不同的定义，它们在本发明的范围内。
在示例实施例中，最小数据速率是38.4Kbps以及最大数据速率是2.4576Mbps。根据在系统中的最坏情况C/I测量值、系统的处理增益、误差校正代码的设计和所要求的性能水平选择最小数据速率。在示例实施例中，如此地选择支持数据速率致使接连的支持数据速率之间的差是3dB。这3dB的增量是在几个因素之间的折中，这些因素包括移动站6可以得到的C/I测量值的正确度、根据C/I测量值量化数据速率而造成的损耗(或效率低)、以及从移动站6到基站4发送所请求的数据速率所需要的的位数(或位速率)。更多的支持数据速率需要更多的位来识别所请求的数据速率，但是允许更有效地使用正向链路，因为在计算的最大数据速率和支持数据速率之间的量化误差较小。引导本发明使用任何数目的支持数据速率和与表1所列出的不同的数据速率。
表1  话务信道参数
参数 数据速率 单位
38.4 76.8 153.6 307.2 614.4 1228.8 2457.6 Kbps
数据位/分组 1024 1024 1024 1024 1024 2048 2048 位
分组长度 26.67 13.33 6.67 3.33 1.67 1.67 0.83 毫秒
时隙/分组 16 8 4 2 1 1 0.5 时隙
分组/传输 1 1 1 1 1 1 2 分组
时隙/传输 16 8 4 2 1 1 1 时隙
沃尔什码元速率 153.6 307.2 614.41 1228.8 2457.6 2457.6 4915.2 Ksps
沃尔什信道/QPSK相位 1 2 4 8 16 16 16 信道
调制器速率 76.8 76.8 76.8 76.8 76.8 76.8 76.8 ksps
PN筹元/数据位 32 16 8 4 2 1 0.5 筹元/位
PN筹元速率 1228.8 1228.8 1228.8 1228.8 1228.8 1228.8 1228.8 Kcps
调制格式 QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QAM1
速率指数 0 1 2 3 4 5 6
注：(1)16-QAM(正交调幅)调制
在图4A中示出本发明的正向链路帧结构的示例图。将话务信道传输分成帧，在示例实施例中，把这些帧定义为短PN序列的长度或26.67毫秒。每个帧可以携带对所有移动站6寻址的控制信道信息(控制信道帧)，对特定话务信道寻址的话务数据或可以是空的(空闲帧)。通过发送基站4执行的调度程序来确定每个帧的内容。在示例实施例中，每个帧包括16个时隙，每个时隙的持续时间是1.667毫秒。1.667毫秒的时隙足够使移动站6完成正向链路信号的C/I测量。1.667毫秒的时隙还表示有效分组数据传输的足够的时间量。在示例实施例中，每个时隙进一步分成4个四分之一时隙。
在本发明中，如表1所示，在一个或多个时隙上发送每个数据分组。在示例实施例中，每个正向链路数据分组包括1024或2048位，因此，发送每个数据分组所需要的时隙数和数据速率和范围有关，从38.4Kbps速率的16个时隙到1.2288Mbps速率和更高的1个时隙。
在图4B中示出本发明的正向链路时隙结构的示例图。在示例实施例中，每个时隙包括4个时间多路复用信道(话务信道、控制信道、导频信道就功率控制信道)中的3个。在示例实施例中，在每个时隙中位于相同位置的两个导频和功率控制猝发(burst)中发送导频和功率控制信道。下面详细地说明导频和功率控制猝发。
在示例实施例中，对交错器116提供的交错分组穿孔，以容纳导频和功率控制猝发。在示例实施例中，每个经交错的分组包括4096个代码码元并且对前面的512个代码码元穿孔，如图4D所示。使剩余的代码码元按时间歪斜以与话务信道传输时间间隔对准。
在施加正交沃尔什覆盖之前，对穿孔代码码元扰频使数据随机化。随机化限制了对经调制波形S(t)的峰值-平均值包络。可以用技术中已知的方法，用线性反馈移位寄存器产生扰频序列。在示例实施例中，在每个时隙的起始处，以LC状态装载扰频器122。在示例实施例中，扰频器122的时钟和交错器116的时钟同步，但是在导频和功率控制期间停止。
在示例实施例中，在固定的1.2288Mcps的筹元速率上，用16位沃尔什覆盖正交地扩展正向沃尔什信道(用于话务信道和功率控制信道)。如表1所示，每个同相和正交信号的平行正交信道数κ是数据速率的函数。在示例实施例中，对于较低数据速率，选择同相和正交沃尔什覆盖为正交组以使对解调器相位估计误差的串话最小。例如，对于16沃尔什信道，对于同相信号的示例沃尔什分配是W0到W7，对于正交信号是W8到W15。
在示例实施例中，对于1.2288Mbps或更低的数据速率使用QPSK调制。对于QPSK调制，每个沃尔什信道包括1位。在示例实施例中，在2.4576Mbps的最高数据速率上，使用16-QAM并将经扰频的数据多路分解成32个每个2位宽的平行流，16个平行流用于同相信号以及16个平行流用于正交信号。在示例实施例中，映象的QAM调制输入(0、1、3、2)分别到调制值(+3、+1、-1、-3)。可以设想诸如m-阵列相移键控PSK之类的其它调制方案，它们都在本发明的范围内。
在调制之前，对同相和正交沃尔什信道定标，以保持与数据速率无关的恒定的总传输功率。将增益设置归一化到等效于未调制的BPSK的单位基准。在表2中示出作为沃尔什信道的数目(或数据速率)的函数的归一化信道增益G。在表2中还列出每沃尔什信道(同相或正交)的平均功率，致使总的归一化功率等于一个单位。注意实际上16-QAM的信道增益计数，对于QPSK，每沃尔什筹元的归一化能量是1，对于16-QAM是5。
表2  话务信道正交信道增益
Figure A20061010035000291
在本发明中，将一个前置码(preamble)穿插到每个话务帧中以帮助移动站6与每个可变速率传输的第一时隙同步。在示例实施例中，前置码是一个全零序列，对于话务帧，它以长PN代码扩展，但是对于控制信道帧，它不以长PN代码扩展。在示例实施例中，前置码是未调制的BPSK，它与沃尔什覆盖W1正交地扩展。单个正交信道的使用使峰值-平均值包络最小。另外，使用非零沃尔什覆盖W1可以将错误的导频检测降至最低，因为对于话务帧，导频以活尔什覆盖W0扩展，并且导频和前置码不以长PN码扩展。
在分组开始时，将前置码多路复用到话务信道中，复用时期是数据速率的函数。前置码的长度是如此的，致使当虚警检测的概率最小时，对于所有数据速率，前置码额外开销约为常数。在表3中示出作为数据速率的函数的前置码的一览表。
表3  前置码参数
    前置码穿孔持续期
    数据速率(Kbps)     沃尔什码元     PN筹元     额外开销
    38.4     32     512     1.6％
    76.8     16     256     1.6％
    153.6     8     128     1.6％
    307.2     4     64     1.6％
    614.4     3     48     2.3％
    1228.8     4     64     3.1％
    2457.6     2     32     3.1％
VIII.正向链路话务帧格式
在示例实施例中，通过附加的帧校验位、代码尾位和其它控制字段对每个数据分组格式化。在本说明中，将8位组定义为8个信息位以及一个数据单元是一个单个的8位组并包括8个信息位。
在示例实施例中，正向链路支持示于图4E和4F中的两个数据分组格式。分组格式410包括5个字段以及分组格式430包括9个字段。当待发送到移动站6的数据分组包括足够的数据能完全地填充在数据字段418字段所有可得到的8位组中时，使用分组格式410。如果待发送的数据量小于在数据字段418中可得到的8位组，则使用分组格式430。将全零填充不用的8位组并指定为填充(PADDING)字段446。
在示例实施例中，帧校验序列(FCS)字段412和432包括CRC奇偶位，所述奇偶位根据预定的产生器多项式由CRC产生器112(见图3A)产生。在示例实施例中，CRC多项式是g(x)＝x16+x12+x5+1，不过可以用其它的多项式并且也在本发明的范围内。在示例实施例中，在FMT、SEQ、LEN、DATA和PADDING字段上计算CRC位。这提供在所有位上的误差校验，除了在正向链路的话务信道上发送的TAIL(尾)字段420和428中的代码尾位。在另一个实施例中，值在DATA字段上计算CRC位。在示例实施例中，FCS字段412和432包括16CRC奇偶位，不过也可以用其它CRC产生器提供的不同的奇偶位数并在本发明的范围内。虽然本发明的FCS字段412和432已经在CRC奇偶位的上下文中说明但是可以使用其它帧校验序列并且它们也在本发明的范围内。例如，可以对分组计算校验总和并在FCS字段中提供。
在示例实施例中，帧格式(FMT)字段414和434包括一个控制位，该控制位指示数据帧只包括一个数据8位组(分组格式410)，还是包括数据和填充8位组和零或更多的信息(分组格式430)。在示例实施例中，FMT字段414的低值相应于分组格式410。另一方面，FMT字段434的高值相应于分组格式430。
序列号(SEQ)字段416和442分别识别在数据字段418和444中的第一数据单元。序列号允许数据不按顺序而发送到移动站6，例如用于再发送已经接收到的有差错的分组。数据单元级的序列号的分配消除了对用于再发送的帧粉碎协议的需要。序列号还允许移动站6检测复制数据单元。在接收FMT、SEQ和LEN字段时，移动站6能够确定在每个时隙上已经接收哪些数据单元而没有使用特殊的信令消息。
表示序列号而分配的位数是根据在一个时隙中可以发送的最大数据单元数和最坏情况的数据再发送延迟。在示例实施例中，由24位序列号来定义每个数据位。在2.4576Mbps数据速率上，在每个时隙上能发送的最大数据单元数约为256。需要8位来识别每个数据单元。此外，可以计算较坏情况数据再发送延迟小于500毫秒。再发送延迟包括移动站6用于NACK消息所需要的时间，数据的再发送所需要的时间，和由较坏情况猝发误差造成的再发送尝试次数所需要的时间。因此，24位允许移动站6确定地识别接收到的数据单元而没有任何的混淆。根据DATA字段418的大小和再发送延迟，可以增加或减少在SEQ字段416和442中的位数。对SEQ字段416和442使用不同的位数是在本发明的范围之内的。
当基站4发送到移动站6的数据少于DATA字段418中可得到的空间时，少于分组格式430。分组格式430允许基站4向移动站6发送任何数目的数据单元，多达可得到的最大数据单元数目。在示例实施例中，FMT字段434的高值指示基站4正在发送分组格式430。在分组格式430内，LEN字段440包括在该分组中正在发送的数据单元数目的值。在示例实施例中，LEN字段440的长度是8位，因为DATA字段444的范围可以从0到255的8位组。
DATA字段418和444包括待发送到移动站6的数据。在示例实施例中，对于分组格式410，每个数据分组包括1024位，其中992个是数据位。然而，可以使用可变长度数据分组以增加信息位的数目，这也在本发明的范围内。对于分组格式430，由LEN字段440确定DATA字段444的大小。
在示例实施例中，可以用分组格式430发送零个或多个信令消息。信令长度(SIG LEN)字段436包括8位组的，接连的信令消息的长度。在示例实施例中，SIG LEN字段436的长度是8位。SIGNALING字段438包括信令消息。在示例实施例中，每个信令消息包括一个消息识别(MESSAGE ID)字段、一个消息长度(LEN)字段和消息有效负荷，如下所述。
PADDING(填充)字段446包括填充8位组，在示例实施例中，将它设置成0×00(hex)。使用PADDING字段446因为基站4要发送到移动站6的数据8位组可能少于在DATA字段418中可得到的8位组数。当发生这种情况时，PADDING字段446包含足够的填充8位组以填充不用的数据字段。PADDING字段446是长度可变的并根据DATA字段444的长度而变。
分组格式410和430的最后的字段分别是尾字段420和448。尾字段420和448包括零(0×0)代码尾位，在每个数据分组的结束处，使用零代码尾位强迫编码器114(见图3A)进入已知的状态。代码尾位允许编码器114如此简明地划分分组，致使在编码处理中仅使用来自一个分组的位。代码尾位还允许在移动站6内的解码器在解码处理期间确定分组边界。在尾字段420和448中的位数与编码器114的设计有关。在示例实施例中，尾字段420和448有足够的长度以强迫编码器114进入已知的状态。
上述两种分组格式是示例格式，可以使用它们以促进设计和信令消息的传输。可以建立各种其它的分组格式以符合特殊的通信系统的需要。还有，可以将通信系统设计成能容纳两个以上的，如上所述的分组格式。
IX.正向链路控制信道帧
在本发明中，也使用话务信道来发送从基站4到移动站6的消息。所发送的消息类型包括：(1)越区切换方向消息，(2)寻呼消息(例如，寻呼一个移动站6，对于该移动站6，有数据在队列中)，(3)用于特定移动站6的短数据分组，以及(4)用于反向链路数据传输的ACK或NACK消息(在后面说明)。在控制信道上还可以发送其它类型的消息，这也在本发明的范围内。当呼叫设置阶段完成时，移动站6为寻呼消息而监视控制信道，并开始反向链路导频信号的传输。
在示例实施例中，如图4A所示，控制信道和在话务信道上的话务数据是时间多路复用的。移动站6通过检测前置码来识别控制消息，已经用预定的PN代码覆盖所述的前置码。在示例实施例中，在固定速率上发送控制消息，所述固定速率是移动站6在捕获期间确定的。在较佳实施例中，控制信道的数据速率是76.8Kbps。
控制信道在控制信道容器中发送消息。在图4G中示出示例控制信道容器的图。在示例实施例中，每个容器包括前置码462、控制负荷、和CRC奇偶位474。控制负荷包括一个或多个消息以及，如果需要的话，包括填充位472。每个消息包括消息识别符(MSG ID)464、消息长度(LEN)466、任选地址(ADDR)468(例如，如果将消息引导到特定的移动站6)、和消息负荷470。在示例实施例中，将消息对准到8位组边界。示于图4G的示例控制信道容器包括打算用于所有移动站6的两个广播消息和一个在特定的移动站6处引导的消息。MSG ID字段464确定消息是否需要地址字段(例如，它是广播还是特定的消息)。
X.正向链路导频信道
在本发明中，正向链路导频信道提供一个导频信号，移动站6使用该信号进行初始捕获、相位恢复、时序恢复和比例组合。这些使用和符合IS-95的CDMA通信系统相似。在示例实施例中，移动站6还使用导频信号进行C/I测量。
图3A示出本发明的正向链路导频信道的示例方框图。导频数据包括一个提供给乘法器156的全0(或全1)序列。乘法器156用沃尔什代码W0覆盖导频数据。由于沃尔什代码W0是全0序列，乘法器156的输出是导频数据。导频数据通过MUX162进行时间多路复用并提供给I沃尔什信道，该信道在复数乘法器214(见图3B)内通过短PNI代码扩展。在示例实施例中，不用长PN代码扩展导频数据，在导频猝发期间，MUX234不选通导频信号，以允许由所有的移动站6接收。因此，导频信号是一个未调制的BPSK信号。
在图4B中示出导频信号的示意图。在示例实施例中，每个时隙包括两个导频猝发306a和306b，它们在时隙的第一和第三个四分之一的结束处发生。在示例实施例中，每个导频猝发306的持续期是64筹元(TP＝64chips)。在不存在话务数据或控制信道数据时，基站4仅发送导频和功率控制猝发，造成在1200Hz的周期率上猝发不连续的波形。在表4中列出导频调制参数。
XI.反向链路功率控制
在本发明中，使用正向链路功率控制信道来发送功率控制命令，使用所述命令来控制来自远程站6的反向链路传输的发射功率。在反向链路上，每个正在发射的移动站6对在网络中的所有其它移动站6起到干扰源的作用。为了使在反向链路上的干扰最小和容量最大，通过两个功率控制环来控制每个移动站6的发射功率。在示例实施例中，功率控制环和CDMA系统中所用的相似，这详细地揭示于题为“在CDMA蜂窝移动电话系统中控制传输功率的方法和装置”的美国专利申请第5,056,109号中，该专利转让给本发明的受让人并通过参照引用于此。也可以设想其它的功率控制机构，并且这在本发明的范围内。
第一功率控制环如此地调节移动站6的发射功率致使反向链路信号保持在设置电平上。测量信号的质量，作为在基站4处接收到的反向链路信号的能量-每位-对-噪声-加-干扰比Eb/Io。称设置电平为Eb/Io设置点。第二功率控制环如此地调节设置点致使保持所要求的性能电平(由帧误差率(FER)测量)。在反向链路上的功率控制是严格的，因为每个移动站6的发射功率是通信系统中其它移动站6的干扰。反向链路发射功率的最小化减少了干扰并增加了反向链路容量。
在第一功率控制环内，在基站4处测量反向链路信号的Eb/Io。然后基站4将所测量到的Eb/Io与设置点比较。如果所测量到的Eb/Io大于设置点，则基站4向移动站6发送功率控制消息以增加发射功率。在示例实施例中，用一个功率控制位来实施功率控制消息。在示例实施例中，功率控制位的高值命令移动站6增加它的发射功率，而低值命令移动站6降低它的发射功率。
在本发明中，与每个基站4在通信的所有移动站6的功率控制位都是在功率控制信道上发送的。在示例实施例中，功率控制信道包括多达32个正交信道，用16位沃尔什覆盖对它们扩展。在周期性的时间间隔上，每个沃尔什信道发送一个反向功率控制(RPC)位或一个FAC位。向每个激活的移动站6分配一个RPC指数，它确定沃尔什覆盖和QPSK调制相位(例如，同相或正交)，用于为该移动站6指定的RPC位流的传输。在示例实施例中，0的RPC指数对于FAC位是反向。
在图3A中示出功率控制信道的示例方框图。将RPC位提供给码元转发器150，它对每RPC位转发预定的次数。将经转发的RPC位提供给沃尔什覆盖单元152，它用相应于RPC指数的沃尔什覆盖把位覆盖。将经覆盖的位提供给增益单元154，它在调制之前先对位定标以致保持恒定的总发射功率。在示例实施例中，使RPC沃尔什信道归一化以致总RPC信道功率等于可得到的总发射功率。在保持对所有激活的移动站6可靠地RPC传输的同时，为了有效地应用基站的总发射功率，可以使沃尔什信道的增益作为时间的函数而变化。在示例实施例中，将不激活的移动站6的沃尔什信道增益设置成零。使用正向链路质量测量值的估计(来自移动站6的相应的DRC信道)，使RPC沃尔什信道的自动化功率控制成为可能。将来自增益单元154的经定标的RPC位提供给MUX162。
在示例实施例中，分别将0到15的RPC指数分配给沃尔什覆盖W0到W15，并在时隙内的第一导频猝发的周围发送(在图4C中的RPC猝发304)。分别将16到31的RPC指数分配给沃尔什覆盖W0到W15，并在时隙内的第二导频猝发的周围发送(在图4C中的RPC猝发308)。在示例实施例中，用在同相信号上调制的偶沃尔什覆盖(例如W0、W2、W4、等)和在正交信号上调制的奇沃尔什覆盖(例如W1、W3、W5、等)对RPC位进行BPSK调制。为了减小峰值-平均值包络，最好平衡同相和正交功率。此外，为了减小由于解调器相位估计误差造成的串话，最好将正交覆盖分配给同相和正交信号。
在示例实施例中，在每个时隙中，可以在31个RPC沃尔什信道上发送多达31个RPC位。在示例实施例中，在时隙的第一个一半上发送15个RPC位，并在时隙的第二个一半上发送16个RPC位。加法器212(见图3B)组合这些RPC位，功率控制位的组合波形如图4C所示。
在图4B中示出功率控制信道的时序图。在示例实施例中，RPC位速率是600，或每时隙一个RPC位。使每个RPC位在两个RPC猝发(例如RPC猝发304a和304b)上进行时间多路复用并发送，如图4B和4C所示。在示例实施例中，每个RPC猝发的宽度(TPC＝32筹元)是32个PN筹元(或2个沃尔什码元)，RPC位的总宽度是64个PN筹元(或4个沃尔什码元)。通过改变码元重复次数可以得到其它的RPC位速率。例如，通过在RPC猝发304a和304b上发送第一组31个RPC位和在RPC猝发308a和308b上发送第二组32个RPC位可以得到1200bps(同时支持多达63个移动站6或增加功率控制速率)的RPC位速率。在该情况下，使用在同相和正交信号中的所有沃尔什覆盖。在表4中概括了用于RPC位的调制参数。
表4  导频和功率控制调制参数
参数   RPC     FAC     导频     单位
速率   600     75     1200    Hz
调制格式   QPSK     QPSK     BPSK
控制位持续期   64     1024     64    PN筹元
转发   4     64     4    码元
因为与每个基站4通信的移动站6的数目可能小于可得到的RPC沃尔什信道的数目，功率控制信道具有猝发的特性。在这种情况下，通过增益单元154对增益的恰当的调节使某些RPC沃尔什信道设置为零。
在示例实施例中，将RPC位发送到移动站6，不经过编码或交错以减小处理延迟。此外，功率控制位的错误接收对本发明的数据通信系统不是有害的，因为在下一个时隙中，功率控制环路可以校正该误差。
在本发明中，移动站6可以与在反向链路上的多个基站4处于软越区切换中。在上述的美国专利第5,056,109号中揭示了用于在软越区切换中的移动站6的反向功率控制的方法和装置。在软越区切换中的移动站6对在激活组中的每个基站4监视RPC沃尔什信道，并根据上述的美国专利第5,056,109号中揭示的方法组合RPC位。在第一实施例中，移动站6执行下降功率命令的逻辑或。如果所接收的RPC位中的任何一位命令移动站6降低发射功率，则移动站6降低发射功率。在第二实施例中，在软越区切换中的移动站6在作出硬判定之前可以组合RPC位的软判定。可以设想另外的实施例来处理所接收的RPC位，它们都在本发明的范围内。
在本发明中，FAC位向移动站6指示与导频信道有关的话务信道是否将在下一个半帧上发送。通过广播对干扰活动的认识，FAC位的使用改进了移动站6的C/I估计，因而改进了数据速率请求。在示例实施例中，FAC位仅在半帧的边界上改变并在8个连续的时隙中重复，造成75bps的位速率。FAC位的参数列出在表4中。
使用FAC位，移动站6可以计算C/I测量值如下：
( C I ) i = C i I - Σ j ≠ i ( 1 - α j ) C j - - - ( 3 )
其中(C/I)i是第i个正向链路信号的C/I测量值，Ci是第i个正向链路信号的总的接收功率，Cj是第j个正向链路信号的接收功率，I是如果所有基站4都在发送的总干扰，αj是第j个正向链路信号的FAC位，根据FAC位，可以是0或1。
XII.反向链路数据传输
在本发明中，反向链路支持可变速率数据传输。可变速率提供灵活性并且允许移动站6根据待发送到基站4的数据量以数种数据速率中的一种来发送。在示例实施例中，移动站6可以在任何时间用较低的数据速率发送。在示例实施例中，在较高数据速率的传输需要基站4的准许。该实施使反向链路传输延迟最小同时提供反向链路资源的有效的利用。
在图8中示出本发明的反向链路数据传输的流程图的示例说明。起初，在块802处，如上述美国专利第5,289,527号所述，在时隙n上，移动站6执行访问探针，以在反向链路上建立较低速率数据信道。在块804处，在同一个时隙中，基站4对访问探针进行解调并在块804处接收访问消息。在块806处，基站4准许对于数据信道的请求，在时隙n+2上，发送准许并在控制信道上指派RPC指数。在块808处，在时隙n+2上，移动站接收准许并受到基站4的功率控制。在时隙n+3处开始，移动站6开始发送导频信号并立即访问在反向链路上的较低速率数据信道。
如果移动站6有话务数据并要求高速率数据信道，则移动站6可以在块810处启动请求。在块812处，在时隙n+3上，基站4接收高速数据请求。在块814处，在时隙n+5上，基站4在控制信道上发送准许。在块816处，在时隙n+5上，移动站6接收准许并在块818处，在时隙n+6上开始在反向链路上的高速数据传输。
XIII.反向链路结构
在本发明的数据通信系统中，在某几个方面，反向链路传输和正向链路传输不同。在正向链路上，数据传输一般发生于从一个基站4到一个移动站6。然而，在反向链路上，每个基站4可以同时接收来自多个移动站6的数据传输。在示例实施例中，根据待发送到基站4的数据量，每个移动站6可以在数个数据速率中的一个速率上发送。该系统设计反映了数据通信的不对称特征。
在示例实施例中，在反向链路上的时基单元和在正向链路上的时基单元相同。在示例实施例中，正向链路和反向链路数据传输发生在持续期为1.667毫秒的时隙上。然而，由于在反向链路上的数据传输一般发生在较低的数据速率上，因此可以使用较长的时基单元以改善效率。
在示例实施例中，反向链路支持两个信道：导频/DRC信道和数据信道。在下面说明这些信道的每一个的功能和实施。使用导频/DRC信道发送导频信号和DRC消息和使用数据信道发送话务数据。
在图7A中示出本发明的示例反向链路帧结构的图。在示例实施例中，反向链路帧结构和图4A所示的正向链路帧结构相似。然而，在反向链路上，同时在同相和正交信道上发送导频/DRC设计和话务数据。
在示例实施例中，当任何时候移动站6正在接收高速数据传输时，移动站6在每个时隙上，在导频DRC信道上发送DRC消息。另一方面，当移动站6不在接收高速数据传输时，在导频/DRC信道上，整个时隙包含导频信号。接收基站4把导频信号用于多个功能：作为对初始捕获的帮助，作为导频/DRC和数据信道的相位基准和作为闭环反向链路功率控制的源。
在示例实施例中，选择反向链路的带宽选择为1.2288MHz。该带宽选择允许使用为符合IS-95标准的CDMA系统设计的现有的硬件。然而，可以应用其它的带宽以增加容量和/或符合系统的要求。在示例实施例中，使用和IS-95标准中所指定的相同的长PN代码和短PNI和PNQ代码来扩展反向链路信号。在示例实施例中，使用QPSK调制来发送反向链路信道。另一方面，可以用OQPSK调制使调制信号的峰值-平均值幅度变化最小，这样可以得到改进性能的结果。可以设想不同的系统带宽、PN代码和调制方案的使用，这些都在本发明的范围内。
在示例实施例中，如此地控制在导频/DRC信道和数据信道上的反向链路传输的发射功率，致使在基站4处测量的反向链路信号的Eb/Io保持在预定的Eb/Io设置点上，如前面的美国专利第5,506,109号所述。如上所述，由与移动站6通信的基站4保持功率控制并把命令作为RPC发送。
XIV.反向链路数据信道
在图6中示出本发明的示例反向链路结构的方框图。将数据分成数据分组并提供给编码器612。对于每个数据分组，编码器612产生CRC奇偶位、插入代码尾位和对数据编码。在示例实施例中，编码器612根据在前述的美国专利申请第08/743,688号中所揭示的编码格式，对分组编码。也可以使用其它的编码格式，这也在本发明的范围内。将来自编码器612的经编码的分组提供给块交错器614，它将分组中的代码码元重新排序。将经交错的分组提供给乘法器616，它用沃尔什覆盖覆盖数据并将经覆盖的数据提供给增益单元618。增益单元618对数据定标以保持和数据速率无关的恒定的能量-每位Eb。将来自增益单元618的经定标的数据提供给乘法器650b和650d，它们分别用PN_Q和PN_I序列使数据扩展。将来自乘法器650b和650d的经扩展的数据分别提供给滤波器652b和652d，它们对数据滤波。将来自滤波器652a和652b的经滤波的信号提供给加法器654a和将自滤波器652c和652d的经滤波的信号提供给加法器654b。加法器654将来自数据信道的信号和来自导频/DRC信道的信号相加。加法器654a和654b的输出分别包括IOUT和QOUT，它们分别用同相正弦COS(wct)和正交正弦SIN(wct)调制(如同在正向链路中)，并相加(图6中未示出)。在示例实施例中，在正弦的两个同相和正交相位上发送话务数据。
在示例实施例中，用长PN代码和短PN代码扩展数据。长PN代码对数据扰频致使正在接收的基站4能识别正在发送的移动站6。短PN代码在系统频带上扩展信号。由长代码产生器642产生长PN序列并提供给乘法器646。由短代码产生器644产生短PNI和PNQ序列，也分别提供给乘法器646a和646b，使两组序列相乘以分别形成PN_I和PN_Q信号。时序/控制电路640提供定时基准。
图6所示的数据信道结构的示例方框图是许多支持在反向链路上的数据编码和调制的结构中的一个。对于高速率数据传输，可以使用与正向链路所使用的相似的，应用多个正交信道的的一种结构。也可以设想其它的结构，诸如在符合IS-95标准的CDMA系统中的反向链路话务信道用的结构，这种结构也在本发明的范围内。
在示例实施例中，反向链路数据信道支持四种列于表5中的数据速率。可以支持另外的数据速率和不同的数据速率，并且这也在本发明的范围内。在示例实施例中，用于反向链路的分组大小与数据速率有关，如表5所示。如上述美国专利申请第08/743,688号所述，可以得到对于较大的分组大小的经改进的解码器性能。因此，可以应用与表5所列出的不同的分组大小来改进性能，而且也在本发明的范围内。此外，有关与数据速率无关的参数可以制定分组大小。
表5  导频和功率控制调制参数
参数     数据速率     单位
    9.6     19.2     38.4     76.8     Kbps
帧持续期     26.66     26.66     13.33     13.33     毫秒
数据分组长度     245     491     491     1003     位
CRC长度     16     16     16     15     位
代码尾位     5     5     5     5     位
总位/分组     256     512     512     1024     位
经编码的分组长度     1024     2048     2048     4096     码元
沃尔什码元长度     32     16     8     4     筹元
请求要求     不     是     是     是
如表5所示，反向链路支持多个数据速率。在示例实施例中，对于每个在基站4注册的移动站6分配9.6Kbps的最低速率。在示例实施例中，移动站6可以在任何时隙上，在最低速率信道上发送数据而不需请求基站4的准许。在示例实施例中，根据-组系统参数(诸如系统负荷、公平性和总的通过量)，选定基站4准许在较高数据速率上的数据传输。在上述美国专利申请第08/798,951号中详细地说明用于高速数据传输的示例调度机构。
XV.反向链路导频/DRC信道
在图6这示出导频/DRC信道的示例方框图。将DRC消息提供给DRC编码器626，它根据预定的编码格式对消息编码。由于DRC消息的误差概率必须足够的低，DRC消息的编码是重要的，因为不正确的正向链路数据速率确定会冲击系统的通过量性能。在示例实施例中，DRC编码器626是速率(8、4)CRC块编码器，它将3位DRC消息编码成8位代码字。将经编码的DRC消息提供给乘法器628，它用沃尔什代码覆盖消息，所述沃尔什代码唯一地识别将DRC消息导向的目标基站4。将经覆盖的DRC消息提供给多路复用器(MUX)630，它用导频数据对消息进行多路复用。将DRC消息和导频数据提供给乘法器650a和650c，它们分别用PN_I和PN_Q信号使数据扩展。因此，在正弦的两个同相和正交相位上发送导频和DRC消息。
在示例实施例中，将DRC消息发送到选定基站4。这是通过将DRC消息用沃尔什代码覆盖而获得的，所述沃尔什代码识别选定基站4。在示例实施例中，沃尔什代码的长度是128个筹元。在技术领域中众知128-筹元沃尔什代码的由来。对每个和移动站6通信的基站4指派一个唯一的沃尔什代码。每个基站4用指派给它的沃尔什代码对在DRC信道上的信号去覆盖。选定基站4能够对DRC消息去覆盖并将数据发送到在正向链路上的请求移动站6作为响应。其它基站能够确定所请求的数据速率不是导向它们的，因为对这些基站4指派不同的沃尔什代码。
在示例实施例中，对所有在数据通信系统中的基站4，反向链路短PN代码是相同的，而且在短PN序列中没有区分不同基站4的偏移。本发明的数据通信系统支持在反向链路上的软越区切换。使用没有偏移的相同的短PN代码允许多个基站4在软越区切换期间从移动站6接收相同的反向链路传输。短PN代码提供频谱扩展但是不允许用于基站4的识别。
在示例实施例中，DRC消息载有移动站6请求的数据速率。在另一个实施例中，DRC消息载有正向链路质量的指示(例如，移动站6测量的C/I信息)。移动站6可以同时接收来自一个或多个基站4的正向链路导频信号并完成在每个所接收的导频信号上的C/I测量。然后移动站6根据一组可能包括当前和以前的C/I测量值的参数，选择最佳基站4。在数个实施例中的一个实施例中，将速率控制信息格式化成DRC消息，可以将该消息传送到基站4。
在第一实施例中，移动站6根据所请求的数据速率发送DRC消息。所请求的数据速率是支持数据速率的最高速率，它对于在移动站6测量的C/I上产生满意的性能。移动站6首先从C/I测量值计算产生满意性能的最大数据速率。然后将最大数据速率量化成支持数据速率之一，并指定为请求数据速率。将相应于请求数据速率的指数发送到选定基站4。在表1中示出支持数据速率的示例组和相应的数据速率指数。
在第二实施例中，移动站6向选定基站4发送正向链路质量的指示，移动站6发送表示C/I测量值的量化值的C/I指数。可以使C/I测量值映象为一个表并与C/I指数相关。使用更多位来表示C/I指数使C/I测量值的量化更精细。还有，映象可以是线性的或预补偿的。对于线性映象，在C/I指数中的每个增量表示相应于在C/I测量值中的增加。对于预补偿映象，在C/I指数中的每个增量表示在C/I测量值中的不同的增加。作为例子，可以使用预补偿映象来量化C/I测量值使之和如图10所示的C/I分布的积累分布函数(CDF)曲线相匹配。
可以设想从移动站6向基站4传送速率控制信息的其它实施例，它们也在本发明的范围内。此外，使用不同的位数来表示速率控制信息也在本发明的范围内。为了简单起见，使用DRC消息来传送所请求的数据速率，贯穿大部分的说明，是以第一实施例的前后关系来说明本发明的。
在示例实施例中，在正向链路导频信号上，可以以CDMA系统所用的相似的方法进行C/I测量。在1996年9月27日提交的，题为“在扩频系统中测量链路质量的方法和装置”的美国专利申请第08/722,763号中揭示了进行C/I测量的方法和装置，该专利转让给本发明的受让人并通过参照引用于此。概括地说，可以用短PN代码对接收到的信号去扩展而得到在导频信号上的C/I测量。如果在C/I测量的时间和实际数据传输的时间之间信道条件改变，则在导频信号上的C/I测量可能包含不正确度。在本发明中，当确定所请求的数据速率时，FAC位的使用允许移动站6考虑正向链路的活动。
在另一个实施例中，可以在正向链路话务信道上进行C/I测量。首先用长PN代码和短PN代码使话务信道信号去扩展并用沃尔什代码去覆盖。在数据信道信号上的C/I测量可以更正确，因为分配较大百分比的发射功率用于数据传输。也可以设想移动站6接收到的正向链路信号的C/I测量的其它的方法，其它方法也在本发明的范围内。
在示例实施例中，在时隙的第一个一半中发送DRC消息(见图7A)。对于1.667毫秒的示例时隙，DRC消息包括第一个1024筹元或0.83毫秒的时隙。基站4用剩余的1024筹元的时间进行对消息的解调和解码。在时隙的较早的一部分中的DRC消息传输允许基站4在相同的时隙中进行对DRC消息的解码，并且可能在紧接着的时隙中以所请求的数据速率来发送数据。短处理延迟允许本发明的通信系统快速地适应操作环境中的变化。
在另一个实施例中，通过绝对基准和相对基准的使用将所请求的数据速率传送到基站4。在该实施例中，绝对基准包括周期性地发送所请求的数据速率。绝对基准允许基站4确定移动站6请求的正确的数据速率。对于绝对基准传输之间的每个时隙，移动站6向基站4发送相对基准，它指示用于将到来的时隙的所请求的数据速率是较高于、较低于还是相同于前一个时隙所请求的数据速率。移动站6周期性地发送绝对基准。数据速率指数的周期性地发送允许所请求的数据速率设置在已知状态并保证不积累相对基准的错误接收。绝对基准和相对基准的使用可以降低到基站6的DRC消息的传输速率。可以设想发送所请求的数据速率的其它协议，它们也在本发明的范围内。
XVI.反向链路访问信道
在注册阶段期间，移动站6使用访问信道向基站4发送消息。在示例实施例中，使用开缝的结构来实现访问信道，移动站6随机地访问每个缝。在示例实施例中，用DRC信道对访问信道进行时间多路复用。
在示例实施例中，访问信道在访问信道容器中发送消息。在示例实施例中，访问信道帧格式和IS-95标准指定的相同，除了以26.67毫秒的定时代替IS-95标准指定的20毫秒帧。在图7B中示出示例访问信道容器。在示例实施例中，每个访问信道容器712包括前置码722、一个或多个消息容器724和填充位726。每个消息容器724包括消息长度(MSG LEN)字段732、消息主体734和CRC奇偶位736。
XVII.反向链路NACK(不确认)信道
在本发明中，移动站6在数据信道上发送NACK消息。移动站6对接收到的有差错的每个分组产生NACK信息。在示例实施例中，可以用在上述美国专利第5,504,773号中所揭示的空白和猝发信令数据格式来发送NACK消息。
虽然已经以NACK协议的前后关系来说明本发明，但是可以设想ACK协议的应用，并且这也在本发明的范围内。
提供了较佳实施例的上述说明，使任何熟悉本技术领域的人员能制造或使用本发明。对于熟悉本领域的人员来说，这些实施例的变更是显而易见的，不使用创造本领就可以把这里确定的一般原理应用于其它的实施例。因此，不打算把本发明限于这里所示出的实施例，而是要和符合于这里所揭示的原理和新颖特征的最宽广的范围相一致。

Claims (20)

1.一种用于无线通信的方法，所述方法包括下述步骤：
连续地接收表示无线信道的质量测量的信息；以及
以基于已接收信息的数据速率发送信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号包括具有预定数目数据单元的数据分组。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括接收与丢失的或错误的数据单元相关联的否定确认(NACK)消息。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括响应于所述NACK消息，再发送数据单元。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括在预定数目的时隙中发送所述数据分组。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述时隙是不相邻的。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括在至少一个所述时隙的持续期以一峰值发射功率发送所述数据分组。
8.一种适配于无线通信的设备，包括：
用于连续地接收表示无线信道的质量测量的信息的装置；以及
用于以基于已接收信息的数据速率发送信号的装置。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述信号包括具有预定数目数据单元的数据分组。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，还包括用于接收与丢失的或错误的数据单元相关联的否定确认(NACK)消息的装置。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，还包括用于响应于所述NACK消息再发送数据单元的装置。
12.如权利要求9所述的设备，其特征在于，还包括用于在预定数目的时隙中发送所述数据分组的装置。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，还包括用于在至少一个所述时隙的持续期以一峰值发射功率发送所述数据分组的装置。
14.一种用于无线通信的方法，包括下述步骤：
连续地接收表示无线信道的质量测量的信息；以及
基于已接收信息，确定调制格式和编码方案中的至少一个，以便发送信号。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括以对应于所确定的调制格式和编码方案中的至少一个的数据速率发送所述信号。
16.一种适配于无线通信的设备，包括：
用于连续地接收表示无线信道的质量测量的信息的装置；以及
用于基于已接收信息来确定调制格式和编码方案中的至少一个以便发送信号的装置。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，还包括用于以对应于所确定的调制格式和编码方案中的至少一个的数据速率发送所述信号的装置。
18.一种用于无线通信的方法，包括：
从多个移动站接收数据请求消息，每个消息包含无线信道之质量测量的指示；以及
基于从所述多个移动站而来的数据请求消息，调度传输。
19，如权利要求18所述的方法，其特征在于，每个数据请求消息对应于一数据速率。
20.一种适配于无线通信的设备，包括：
用于从多个移动站接收数据请求消息的装置，每个消息包含无线信道之质量测量的指示；以及
用于基于从所述多个移动站而来的数据请求消息调度传输的装置。
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