可變速率cdma通信系統的速率檢測的製作方法
2023-05-03 15:39:41
專利名稱：可變速率cdma通信系統的速率檢測的製作方法
背景技術：
本發明總體上是關於可變數據速率傳輸，更具體而言，是關於當傳輸顯式比特率信息時有效地檢測可變速率數據傳輸的技術。
最近採用擴頻調製和碼分多址(CDMA)技術的蜂窩無線通信系統得以發展。在典型的CDMA系統中，待傳輸的信息數據流被附加在有時被稱為擴展碼的更高比特率的數據流上。擴展碼的每個符號通常稱為碼片。在有時叫做編碼或擴展信息信號的過程中，信息信號和擴展碼信號一般採用乘法組合在一起。每個信息信號都分配一個唯一的擴展碼。多個編碼信息信號以無線頻率載波調製的形式發送出去，這種複合信號在接收機中一起被接收。每個編碼信號與所有其它的編碼信號以及噪聲相關信號在頻率上和時間上都交疊在一起。使複合信號與其中唯一的擴展碼進行相關，相應的信息信號就可以被分離出來並被解碼。
由於無線通信系統被更廣泛地公認，因此希望提供各種類型的無線通信業務來滿足客戶的需求。例如，設想通過無線通信系統支持傳真、電子郵件、視頻網際網路接入等。而且，用戶可能希望同時訪問不同類型的業務。例如，兩用戶間的視頻會議將涉及話音和視頻支持。這些不同業務之中，有些需要比無線通信系統傳統提供的話音業務相對高的數據速率，而另外一些業務需要可變數據速率服務。這樣，可以預見未來的無線通信系統將要求能夠支持高數據速率通信和可變數據速率通信。
為實現CDMA無線通信系統中的可變速率通信已經開發了幾項技術。例如從以可變速率傳輸數據的觀點來看，這些技術包括間斷傳輸(DTX)、可變擴展因子、多重碼傳輸和可變速前向糾錯(FEC)編碼。對採用DTX的系統，傳輸只發生在每幀的可變部分期間，即所定義的用於傳輸一定大小數據塊的時間期間內。用於傳輸數據的部分幀與整個幀長的比值通常稱為負載周期γ。例如，當以最高可能速率傳輸時，即在整個幀周期內傳輸時，γ＝1，而當以零速率傳輸時，如在話音的間歇，γ＝0。例如在依據美國「雙模式寬帶擴頻蜂窩系統移動站-基站兼容標準」，TIA/EIA暫行標準TIA/EIA/IS-95(1993年7月)及其修訂版TIA/EIA標準TIA/EIA/IS-95-A(1995年5月)所設計的系統中，採用DTX提供可變數據速率傳輸。這些標準是由位於維吉尼亞州阿靈頓市的電信工業協會和電子工業協會頒布的，它們決定了美國蜂窩通信系統的特性。
改變擴展因子是提供可變數據速率通信的另一項已知技術。如上所述，擴頻系統通過將每個數據信號與擴展碼相乘從而在可用帶寬上擴展數據信號。改變每個數據符號的碼符號的個數或碼片的個數、即擴展因子，在保持碼符號速率固定的同時，有效的數據速率能夠可控地變化。在可變擴展因子法的典型實現中，擴展因子受關係式SF＝2k×SFmin的限制，這裡SFmin是所允許最小擴展因子，它對應於所允許的最高用戶速率。
另一項改變傳輸數據速率的已知技術通常稱為多重碼傳輸。依照該技術，數據利用可變數目的擴展碼來傳輸，所用的確切碼數目依賴於瞬時用戶比特率。多重碼傳輸的例子在美國第08/636,648號、題為「多重碼壓縮方式DS-CDMA系統和方法」的專利申請中有描述，該專利1996年4月23日提交，其公開內容在此合併作為參考。
還有一項無線通信系統中的改變傳輸數據速率的技術涉及改變FEC。更明確地說，是通過採用碼鑿孔和重複或者採用不同速率的碼之間的轉換來改變前向糾錯(FEC)編碼的速率。採用這種方法當信道比特率保持不變時，用戶速率是可變的。本技術領域中的專業人員將認識到，作為實現可變速率傳輸的機制，改變FEC和可變擴展因子之間有相似之處。
在無線通信系統中不論採用何種具體技術提供實現可變速率傳輸的能力，接收機必須知道數據傳輸的確切速率，以便正確檢測和解碼接收的信號。通知接收機接收信號瞬時數據速率的方法一般分為兩類，即，隨同著所傳輸信號一起顯式傳輸比特率信息(BRI)的系統，和向接收機提供通過例如嘗試不同的速率並找出一個使循環冗餘校驗正確的速率以便「盲」檢測數據傳輸速率能力的系統。授權給Butler等人的美國專利第5,566,206號提供了盲速率檢測方法的例子。
顯式BRI傳輸和盲速率檢測的方法都有一定的缺點。例如，盲速率檢測由於需要額外的電路/邏輯以正確識別多個可能數據速率中的一個，使得接收機比較複雜。
顯式BRI傳輸設計也有問題。例如BRI可以在它所描述的數據幀之前的數據幀中發送或者與之在同一幀傳輸。如果BRI在前一幀傳輸，發送機將引入一幀額外的時延。即，只要當發送機中有一幀的可用數據時，就計算該幀的BRI並將其發送出去，而該數據幀的發送則要延遲到下一個幀周期。對諸如話音的低時延的業務、特別是對大幀長業務，這種額外的時延是不希望的。
另一方面，如果BRI與數據同在一幀中傳輸，接收機需要緩衝接收的信號，直到檢測出和解碼該幀的BRI。這種方案導致接收機中額外的緩衝，因而增加額外的成本和複雜度。
因此，希望創建既允許顯式速率信息與所描述的數據在同一幀中傳輸、同時使接收機所需的緩衝容量減到最小的新的技術和系統。
發明概要早先通信系統的這些和其它一些問題已經被申請人的發明所解決，在本發明中採用可變擴展因子的方法提供可變比特率數據傳輸，它使BRI與數據本身在同一幀中傳輸。當採用沃爾什碼進行擴展時，解擴過程可以分成兩個獨立的級，兩級之間具有緩衝。用於緩衝的速率是最高用戶數據速率，而不是比其高得多的碼片速率。採用這種方式，緩衝器的容量可以大大降低。
在解擴的第一級，根據最大用戶數據速率和沃爾什碼字的性質，通過採用對所有的物理信道都相同的第一碼來進行解擴，這些沃爾什碼字源於共同的碼根。當BRI例如從物理控制信道被解碼之後，這個信息提供給第二解擴級，在該級確定與每個待解碼的物理信道相關的各個碼字。
附圖簡述結合附圖閱讀以下描述，將會理解申請人發明的概貌和目的，其中
圖1為實現本發明的示範接收機的結構框圖；圖2說明在經相同的擾碼的兩個物理信道上的可變擴展；圖3為一示範碼樹；
圖4說明根據本發明的實施例的兩級解擴過程；以及圖5說明一個較圖4更為詳細的形式。
詳細說明雖然本說明是在涉及便攜或移動無線電話的蜂窩通信系統的範圍的情況下描述的，但是本技術領域的專業人員將理解申請人的發明可以適用於其它通信應用。
根據本發明的實施例，CDMA系統通過在每一幀提供說明該幀瞬時數據符號速率的控制信息能夠支持諸如話音的可變比特率業務。為了在有規律的時間間隔內完成這一功能，物理信道可組織成等長的幀。每一幀載送整數個碼片和整數個信息比特。
採用這一示範幀結構，通過在單獨的物理信道中傳輸這一信息可以為每一CDMA幀提供比特率控制信息。載送數據和控制信息的物理信道可分別表示為物理數據信道(PDCH)和物理控制信道(PCCH)。在接收PCCH之前應知道它的擴展碼、符號速率或等價的擴展因子。
許多潛在的優點可歸功於可變速率傳輸。例如，由於碼片速率保持恆定以及較低比特率給出較高的擴展因子，系統中各種用戶間的幹擾可以被降低，這樣可以減小發送功率。本技術領域的專業人員會很容易理解怎樣有利地將CDMA系統中這種改變信息速率的能力用於改變其它參數。
示範接收機(可用於基站或移動站)的結構見圖1。接收到的信號首先經處理器10處理以便產生複合的基帶樣本。然後信號被分別分配到包括控制信道RAKE解調器12和數據信道RAKE解調器14的信號處理分支。儘管圖1隻說明了一路PDCH信號處理分支，但是本領域的專業人員應理解根據本發明的接收機包括許多這樣的分支。由單元16和18向解調器12和14提供的相應的PCCH和PDCH擴展碼。如上所述，PCCH幀包含當前傳輸的PDCH結構的相關信息，因而PCCH信息解碼應該先於PDCH解調。這樣，位於PDCH RAKE解調器14的上遊的幀緩衝器20將會延遲提供給該解調器14的基帶信號輸入，以便PDCH RAKE解調器14在解碼之前接收到PDCH擴展因子。與數據在PDCH中被逐幀地傳輸的傳輸速率有關的信息由解碼器22提供。在下遊提供的PDCH解碼器24用於解碼PDCH，這在本領域內是眾所周知的。根據以下描述的本發明的實施例，幀緩衝器20的容量可以減小到最小。
為了充分理解緩衝器20的大小是如何被減小的，首先簡要地討論一下可變擴展因子和正交碼。如前面提到的，可變速率業務可以通過用可變擴展因子來擴展數據流的方法得以支持。例如，考慮這樣一種業務，它在第一周期內需要第一(低)數據速率，在第二周期內需要第二(高)數據速率，並且它在移動站和基站之間需要有一條PDCH來支持。在第一周期內可根據第一數據速率選擇第一擴展碼。在第二周期內可根據要傳輸的第二數據速率選擇第二擴展碼。由於第二數據速率高於第一數據速率，所以第二擴展碼會比第一擴展碼短。
並且，多個可變速率的PDCH可以用類似的方式來處理。例如，多個數據流可以用不同長度的沃爾什碼擴展至碼片速率，然後進行相加和擾碼。圖2描述了這些擴展和擾碼的過程，在此以兩個物理信道為例。第一路數據流送到乘法器30，其速率R1等於碼片速率Rc除以該數據流的擴展因子SF1。該數據流用碼字C1擴展，碼字C1的長度選擇使得乘法器30的輸出是速率為碼片速率Rc的物理信道。類似地，第二路數據流送到乘法器32，其數據速率R2等於碼片速率Rc除以該數據流的擴展因子SF2。該數據流用碼字C2擴展，碼字C2的長度選擇使得乘法器32的輸出是速率為碼片速率Rc的物理信道。兩個物理信道經加法器34相加，然後複合的信號在塊36由加擾碼Cscr加擾。產生的信號輸出到例如發射信號處理電路，並且最後被耦合到天線。數據流的速率可限制在所用擴展因子大於或等於預定值SFmin的範圍。
在乘法器30和32中，用於擴展的沃爾什碼可以用樹狀來表示，如圖3所示。樹中同級的碼是相互正交的並且具有相同的擴展因子。如果第一個物理信道用樹中的第一個碼來擴展，第二個物理信道用第二個碼來擴展，該碼字(1)不同於第一個碼，(2)不在第一個碼通向樹根的路徑的左邊，以及(3)不在以第一個碼為根的子樹上，則擴展的物理信道是相互正交的。每個物理信道從碼樹上分配一個擴展碼，其擴展因子與各自的數據速率相匹配。當某個PDCH的數據速率變化時，將分配碼樹中不同級的碼。例如增加數據速率將使所選碼移到樹的左邊，而減小數據速率將使所選碼移到樹的右邊。這樣當數據速率變化時，可變速率PDCH將沿著碼樹中的一定路徑上下移動。
由圖3可看出樹中任一給定的碼可用於構造其右邊的碼(即遠離樹根)。這樣，任一給定的碼可以看成是由通往碼根的路徑上的低級別的碼組成的。申請人已經認識到碼的這一性質可用於減小接收機中的緩衝需求。
在圖1所示的接收機中，接收到的信號被解擾和解擴。不過，接收機在對幀進行解擴之前需要知道用於傳輸該幀的擴展因子。因為根據本發明的示範實施例BRI同在一幀傳輸，因此信號需要緩衝。不過，申請人已經意識到對所建立的某一具體連接，可以利用所有可用的沃爾什碼的最大共同部分進行解擴而無需緩衝，即無需在BRI解碼之前緩衝。因此，圖1所示接收機的包括緩衝器20和PDCH RAKE解調器14的分支可修改為如圖4所示。在那裡，信號與第一碼在子樹的根進行相關以部分解擴接收的符號，該子樹中含有塊50所有可能的碼。對所有的多徑射線都執行這個過程，並進行RAKE組合，所得到的中間符號在緩衝器20中緩衝。一旦BRI被PCCH解碼器20解碼，來自緩衝器20的中間符號與第二碼在塊52中進行相關，得到解擴的原始比特。用於第二步解擴的碼很容易從碼樹中識別。例如，對碼(+1+1-1-1-1-1+1+1)進行解擴可以這樣實現在塊50首先用(+1+1)解擴，然後在塊52用(+1-1-1+1)進行解擴。另一種可替換的方法是在塊50用(+1+1-1-1)進行解擴，然後在塊52用(+1-1)解擴。前一種組合導致以較高速率緩衝中間符號，因此需要較大緩衝器20。但是，在任何一種情況下根據本發明的緩衝速率都遠遠低於碼片速率。例如，採用可變擴展因子在64和256之間的系統，其緩衝速率比碼片速率低64倍。
圖5說明根據本發明的解擴過程的一個示例，兩支路RAKE接收機採用兩次解碼。首先，接收的信號在塊60和62中進行解擾，這與圖2中塊36完成的過程相反。然後接收到的信號在塊64和66中部分解擴，所採用的碼是相同的，即碼樹最左邊的碼，對這一具體傳輸，所有可變擴展因子都從此同一碼樹中選擇。得到的部分解擴信號分別在塊68和70中進行積分，並根據信道估計在塊72和74中進行修正。這後兩個操作對RAKE接收機信號處理領域的專業人員是熟知的。然後得到的部分解擴信號在塊76中相加並送入緩衝器20存儲起來，直到從PCCH解碼器來的比特速率信息到達。但是，由於信號在緩衝器20存儲之前已經被部分解擴，所以存儲的數據速率大大低於碼片速率，這給了設計者減小緩衝器18大小的可能。一旦該幀的BRI信息可用，就可以分別選擇第二碼C1」和C2」在塊78和80完成解擴過程。解擴後的信號又一次在塊82和84中進行積分，接下來的處理在傳統的RAKE接收機中是眾所周知的。
應當理解，申請人的發明不僅局限於上述具體示例，本技術領域中的人員可能作一些修改。申請人發明的範圍取決於以下的權利要求，該權利要求包含任何和全部在其範圍內的修改。
權利要求
1.一種接收機，包括用於接收包含至少兩個物理信道的擴頻信號的裝置；使用第一碼部分解擴所述至少兩個物理信道之一的裝置；用於緩衝所述部分解擴信號的裝置；和使用第二碼解擴所述緩衝信號的裝置。
2.權利要求1的接收機，其中所述擴頻信號以碼片速率接收，和所述緩衝裝置以小於所述碼片速率的速率存儲所述部分解擴信號。
3.權利要求1的接收機，其中所述至少兩個物理信道包括一個控制信道和第一數據信道。
4.權利要求1的接收機，其中所述至少兩個物理信道中的所述之一可以以多個數據速率其中之一進行接收及所述第一碼基於所述多個數據速率進行選擇。
5.權利要求3的接收機，還包括用於解調和解碼所述控制信道以獲得與所述第一數據信道相關的比特率信息的裝置；和用於向所述使用至少一個第二碼解擴所述緩衝信號的裝置提供所述比特率信息的裝置。
6.權利要求5的接收機，其中所述第二碼的選擇基於所述比特率信息。
7.權利要求3的接收機，其中所述至少兩個物理信道包括第二個數據信道。
8.權利要求7的接收機，其中所述用於部分解擴的裝置也使用第一碼解擴所述第二數據信道。
9.權利要求8的接收機，還包括用於解調和解碼所述控制信道以獲得與每個所述第一和第二信道相關的比特率信息的裝置；和其中所述解擴裝置基於所速比特率信息分別選擇用於解擴所述第一和第二數據信道的第二和第三碼。
10.權利要求9的接收機，其中所述比特率信息包括所述每個第一和第二數據信道的擴展因子。
11.權利要求5的接收機，其中所述比特率信息是擴展因子。
12.權利要求8的接收機，其中所述第一碼的選擇基於對第一和第二數據信道都相同的碼比特。
13.一種用於解擴數據幀的方法，包括以下步驟(a)使用第一碼解擴所述數據幀；(b)緩衝步驟(a)的輸出；(c)決定所述數據幀的傳輸速率；和(d)使用第二碼解擴所述緩衝輸出，所述第二碼的選擇基於所述已決定的速率。
14.權利要求13的方法，其中步驟(b)還包括步驟以小於所述數據幀的碼片速率的速率緩衝所述輸出。
15.權利要求13的方法，其中步驟(c)還包括步驟解擴和解碼控制信道以獲得所述速率。
16.權利要求13的方法，其中步驟(a)還包括步驟基於傳輸所述數據幀可使用的多個速率決定所述第一碼。
17.一種接收機，包括用於解擴所接收的擴頻信號的第一解擴器；與所述解擴器相連、用以存儲其輸出的緩衝器；和與所述緩衝器相連、用以解擴所述存儲輸出的第二解擴器；
18.權利要求17的接收機，其中所述第一解擴器使用至少兩個分支解擴所述接收的擴頻信號，每個分支使用相同的第一碼解擴所述接收的擴頻信號。
19.權利要求17的接收機，其中所述第二解擴器使用至少兩個分支解擴所述存儲輸出，每個分支所採用的碼與用於所述至少兩個分支的其它碼不同。
20.權利要求17的接收機，其中所述第一解擴器用擾碼代碼來解擾所述接收的擴頻信號。
全文摘要
使BRI與數據本身在同一幀中傳輸可以提供可變速率數據傳輸。當採用沃爾什碼擴展時,解擴過程可以分成兩個獨立的解擴操作,這兩個操作之間具有緩衝。緩衝數據由這兩個解擴級之間的中間符號組成,緩衝速率可以是用戶數據的最大速率,而不是較之更高的碼片速率。採用這種方法,接收機緩衝器的大小可以顯著降低。
文檔編號H04J11/00GK1269934SQ9880900
公開日2000年10月11日 申請日期1998年7月3日 優先權日1997年7月11日
發明者F·奧維舍, E·達爾曼 申請人:艾利森電話股份有限公司