在移動及/或靜態發信/收信機之間具有無線通信的通信系統內、尤其是在第三代移動無...的製作方法
2023-10-09 12:19:19 1
專利名稱：在移動及/或靜態發信/收信機之間具有無線通信的通信系統內、尤其是在第三代移動無 ...的製作方法
在移動及/或靜態發信/收信機之間具有無線通信的通信系統是一些特殊的信息系統，它們在信源和信宿之間具有一種信息傳輸鏈路，其中譬如採用基站和移動部分作為發信和收信機，以便進行信息處理和傳輸，而且其中1)信息處理及信息傳輸可以在一個優選的傳輸方向上(單工方式)或在兩個傳輸方向上(雙工方式)進行，2)信息處理優選為數字方式，3)在通過遠距離傳輸鏈路進行信息傳輸時，可以基於各種信息傳輸方法來無線地實現，這些方法如FDMA(頻分多址)、TDMA(時分多址)及/或CDMA(碼分多址)—譬如根據諸如DECT[數字增強型無線通信(早期為數字歐洲無線通信)；參看通信工程電子學42(1992)1月/2月第1號，柏林，德國；U.Pilger「DECT-標準的結構」，第23至29頁，聯繫參考ETSI出版物ETS 300175-1...9，1992年10月以及DECT論壇的DECT出版物，1997.2，第1～16頁]、GSM[集群移動通信或全球移動通信系統；參看信息譜14(1991)6月，第3號，柏林，德國；A.Mann「GSM標準-歐洲數字移動無線網的基礎」，第137至152頁；聯繫參看出版物「電信實踐」4/1993，P.Smolka「GSM無線接口-元件及功能」，第17與24頁]、UMTS[通用移動通信系統；參看(1)通信工程電子學，柏林45，1995年，第1本第10至14頁，以及第2本第24至27頁；P.Jung，B.Steiner「用於移動無線第三代的帶公共檢測的CDMA移動無線系統方案」；(2)通信工程電子學，柏林41，1991年，第6本第223至227頁以及第234頁；P.W.Baier，P.Jung，A.Klein「CDMA-一種用於頻選時變移動無線信道的有利多址接入法」；(3)有關電子學基本理論的IEICE事項，通信與計算機科學，卷E79-A，第12號，1996年12月，第1930至1937頁；P.W.Baier，P.jung「再探CDMA的神秘與現實」；(4)IEEE個人通信，1995年2月，第38至47頁；A.Urie，M.Streeton，C.Mourot「一種用於UMTS的先進TDMA移動接入系統」；(5)電信實踐，1995年5月，第9至14頁；P.W.Baier「擴展頻譜技術及CDMA-一種原來的軍用技術用在了民用區」；(6)IEEE個人通信，1995年2月，第48至53頁；P.G.Andermo，L.M.Ewerbring「一種基於CDMA的UMTS無線接入設計」；(7)ITG專業報告124(1993)，柏林，OffenbachVDE出版ISBN 3-8007-1965-7，第67至75頁；西門子股份公司，Dr.T.Zimmermann「CDMA在移動通信中的應用」；(8)電信報告16，(1993)，第1本，第38至41頁；西門子股份公司，Dr.T.Ketseoglou及西門子股份公司，Dr.T.Zimmermann「用於第三代移動通信的有效用戶接入-CDMA多址接入法使空氣接口更加靈活」；無線電概觀6/98R.Sietmann「爭奪UMTS接口」，頁76～81]、WACS或PACS、IS-54、IS-95、PHS、PDC等等[參看IEEE通信雜誌，1995年1月，第50-57頁；D.D.Falconer等人「用於無線個人通信的時分多址方法」]。
「信息」是一個非常複雜的概念，它既代表了內容(消息)，又代表了物理表象(信號)。儘管信息具有相同的內容—也就是說消息相同—但可以產生不同的信號形式。因此，比如一個對象的有關信息可按如下方式進行傳輸，1)以圖形的形式，2)作為話音字3)作為文字4)作為編碼字或圖形。
在此，按照(1)...(3)的傳輸方式其通常特徵為連續(模擬)信號，而按照(4)的傳輸方式常常產生的是非連續信號(如脈衝，數位訊號等)。
在UMTS方案(第三代移動無線系統或IMT-2000)中，譬如按照文獻無線電概觀6/98R.Sietmann「爭奪UMTS接口」，頁76～81就有兩種子方案。在第一子方案中，許可並協調的移動無線電是基於WCDMA技術(寬帶碼分多址)，譬如在GSM中工作在FDD模式(頻分雙工)，而在第二子方案中，未許可且未協調的移動無線電是基於TD-CDMA技術(時分碼分多址)，譬如在DECT中工作在TDD模式(頻分雙工)。
按照文獻ETSI STC SMG2 UMTS-L1、Tdoc SMG2 UMTS-L1 163/98「UTRA物理層說明FDD部分」版0.3，1998-05-29，對於所述通用移動通信系統的WCDMA/FDD工作方式，通信系統的空氣接口在通信的上行和下行方向上分別具有多個物理信道，其中第一物理信道、亦即所謂的專用物理控制信道DPCCH和第二物理信道、亦即所謂的專用物理數據信道DPDCH的時幀結構(幀結構)如附
圖1和2所示。
在ETSI或ARIB所述的WCDMA/FDD系統的下行鏈路中(從基站到移動臺的無線連接)，所述的專用物理控制信道(DPCCH)和專用物理數據信道(DPDCH)是時分復用的，而在上行鏈路中存在一種I/Q復用，其中所述的DPDCH在I信道中傳輸，DPCCH在Q信道中傳輸。
所述的DPCCH包括用於信道估測的先導比特N先導、用於快速功率調整的NTPC比特和NTFI格式比特，所述的格式比特指示了比特率、業務類型、故障保護編碼的類型等等(TFI＝通信格式指示器)。
有一種GSM無線方案，它帶有兩個無線小區，且在兩無線小區內排列有基站(基本收發站)，其中第一基站BTS1(發信機/收信機)全方向「照射」出第一無線小區FZ1，第二基站BTS2(發信機/收信機)則全方向「照射」出第二無線小區FZ2，附圖3以這種無線方案為基礎，示出了一種FDMA/TDMA/CDMA無線方案，在此，利用一種為FDMA/TDMA/CDMA無線方案而設計的空氣接口，基站BTS1、BTS2可以通過相應傳輸信道TRC內的無線單向或雙向-上行方向UL及/或下行方向DL-通信而同無線小區FZ1、FZ2中的多個移動臺MS1...MS5(發信機/收信機)連接起來。基站BTS1，BTS2以大家熟知的方法(參看GSM通信系統)同基站控制器BSC連接起來，在基站的控制範圍內，基站控制器起到頻率管理及中繼轉換的作用。基站控制器BSC的一側通過移動交換中心MSC接在上一級通信網上，例如，這種通信網為PSTN(公用交換通信網)。移動交換中心MSC為圖中所示通信系統的管理中心。它負責完全的呼叫管理，並與附屬的寄存器(沒有示出)一起對通信用戶進行鑑別，而且還負責網絡中的位置監控。
附圖4示出了構造為發信機/收信機形式的基站BTS1、BTS2的原理結構圖，而附圖5示出了同樣構造為發信機/收信機形式的移動臺MS1...MS5的原理結構圖。基站BTS1、BTS2用來將無線信息發送給移動臺MS1...MS5，並從移動臺MS1...MS5處接收無線信息，而移動臺MS1...MS5則用來將無線信息發送給基站BTS1、BTS2，並從基站BTS1、BTS2處接收無線信息。對此，基站帶有一個發送天線SAN和一個接收天線EAN，移動臺MS1...S5則帶有一個共用的天線ANT，該天線ANT可通過天線切換開關AU進行控制，以用來發送和接收信息。在上行方向(接收路徑)上，典型地，基站BTS1、BTS2通過接收天線EAN從至少一個移動臺MS1...MS5處接收至少一個帶有FDMA/TDMA/CDMA分量的無線信息FN，同時在下行方向(接收路徑)上，移動臺MS1...MS5典型地通過共用天線AN從至少一個基站BTS1、BTS2處接收至少一個帶有FDMA/TDMA/CDMA分量的無線信息FN。在此，無線信息FN由一種寬帶擴展的載波信號組成，該載波信號帶有一個由數據符號組合而成的加調製信息。
在無線接收裝置FEE(收信機)中，接收的載波信號在過濾後以一個中間頻率進行下混頻，該頻率被進一步用來採樣和量化。由於信號在無線線路中經過了多路傳播，所以會產生失真，這種失真的信號經過一個模擬/數字轉換器後被輸至均衡器EQL，由它對失真進行大部分的補償(調節裝置同步化)。
接著，在信道估測器KS內，對那些傳輸有無線信息FN的傳輸信道TRC的傳輸特性進行試驗性估測。在此，信道的傳輸特性由信道脈衝的時域響應給出。為此，如果在發送側(此處為移動臺MT1...MT5或基站BTS1、BTS2的發送側)給無線信號FN指定或分配一個以訓練信息序列構成的、形式為所謂的中間序列的特定附加信息，便可以估測出信道脈衝響應。
在與其相連的、並為所有接收信號所共用的數據檢測器DD中，公共信號含有的各個移動臺信號成份以大家熟知的方式被補償和分離。在補償與分離之後，當前的數據符號在符號至數據轉換器SDW內轉換成二進位數據。然後，解調器DMOD內可以按照中間頻率獲取原始的比特流，接著，各個時隙在多路解調器DMUX內被分配給適當的邏輯信道，並由此被分配給不同的移動臺。
在信道編解碼器KC內，獲得的比特序列以信道方式被解碼。比特信息按信道分配給控制及信令時隙，或分配給一個話音時隙，在基站情況下(如附圖4)，控制及信令數據與需傳輸給基站控制器BSC的話音數據一起被送到接口SS上，該接口SS負責信令與話音編碼/解碼功能，在移動臺情況下(如附圖5)，控制及信令數據被送到一個負責移動臺的全部信令和控制的控制及信令單元STSE上，而話音數據則被輸至為話音輸入輸出而設計的話音編解碼器SPC中。
在基站BTS1、BTS2其接口SS的話音編解碼器中，話音數據變成一種預定的數據流(如64K比特/秒的數據流流進網絡方向，或13K比特/秒的數據流流出網絡方向)。
基站BTS1、BTS2的全部控制在控制單元STE中實現。
在下行方向(發送路徑)上，典型地，基站BTS1、BTS2通過發送天線SAN將至少一個帶有FDMA/TDMA/CDMA分量的無線信息FN發送給至少一個移動臺MS1...MS5，同時，在上行方向(發送路徑)上，移動臺MS1...MS5典型地通過共用天線ANT將至少一個帶有FDMA/TDMA/CDMA分量的無線信息FN發送給至少一個基站BTS1、BTS2。
在附圖4所示的基站BTS1、BTS2中，發送路徑開始進行如下工作，即在信道編解碼器KC內，經過接口SS從基站控制器BSC獲取的控制與信令數據，它們與話音數據一起被分配給控制與信令時隙或者話音時隙，並且，這些數據按信道被編碼成一個比特序列。
在附圖5所示的移動臺MS1...MS5中，發送路徑開始進行如下工作，即在信道編解碼器KC內，從話音編解碼器SPC獲取的話音數據、以及從控制及信令單元STSE獲取的控制與信令數據，它們被分配給控制與信令時隙或者話音時隙，並且，這些數據按信道被編碼成一個比特序列。
在基站BTS1、BTS2與移動臺MS1...MS5中獲得的比特序列均被送進一種數據至符號轉換器DSW內，以便轉換成一個數據信號。緊接著，數據符號被輸入一個帶用戶專用編碼的擴展裝置SPE中進行擴展。此後，在由脈衝串組合器BZS和多路復用器MUX組成的脈衝串發生器BG中，擴展數據符號在脈衝串組合器BZS內被加上一個中間序列形式的訓練信息序列，以便用於信道估測，然後，以該方式獲得的脈衝串信息在多路復用器MUX內被裝配到各個適當的時隙上。最後，獲得的脈衝串在調製器MOD內進行高頻調製和數字/模擬轉換，由此得到的信號作為無線信息FN，它通過無線發送裝置FSE(發信機)在發送天線SAN或共用天線ANT上被發射出去。
對於基於CDMA的系統，在存在回波的情況下，儘管該系統有較大的帶寬和較小的碼片或比特時間，但也可以通過如下方法來解決多路接收的問題、也即所謂的「延遲擴展」問題，即把接收的信號相互組合起來以便提高檢測的安全性。對此，信道性能當然必須是已知的。為了確定所述的信道性能，可以採用一個對所有用戶共用的先導序列(參見附圖1和2)，該先導序列無需附加調製便獨立地、利用較高的發送功率由一個消息序列發射出去。收信機從其接收中獲得如下信息，即多少個路徑參與了當前的接收情況，以及由此產生了哪些延遲時間。
在一種「耙式」收信機中，經各路徑輸入的信號是在分開的收信機內、也即在該「耙式」收信機的各「分支」內被測定和檢測的，並且在補償延遲時間和對回波進行移相之後在一種加法元件內被彼此加權和相加。
可以藉助「前後跟蹤」方法(參見J.G.Proakis「數字通信」；McGraw-Hill，Inc；第三期，1995；第6.3章)並按照傳輸信道的變化來跟蹤所述「耙式」收信機的「分支」，而無需重新執行時間和資源集中的信道估測。對此，給圖6所示的每個「耙式分支」均添加兩個附加的「分支」。由該兩個「分支」檢測接收信號r(t)和與「主分支」相同的擴展碼s(t)，稍微不同於「主分支」的是，在「前分支」中的接收信號被提前了一個位置，而在「後分支」中的接收信號被延遲了一個採樣位置。該方法尤其可以在過採樣中使用。對「前後分支」所採集的能量進行比較。在該比較之後，所述「主分支」的分支位置被偏移到較強的「分支」方向上。這隻有在所述的能量差超出某個閾值時才執行。在上述的文獻中(參見J.G.Proakis「數字通信」；McGraw-Hill，Inc；第三期，1995；第14.5章)詳細地講述了這種「耙式」收信機。
從圖6可以看出，所述的「前分支」要比原本的「主分支」早一個延遲單位來執行接收信號的解擴展過程。而「後分支」則恰好晚於「主分支」一個延遲單位來執行所述的解擴展過程。
圖7示出了一種「分支」的結構。它主要由兩個乘法器MUL和一個加法器AE組成。某個被採樣的接收值r(t)都被乘以擴展碼s(t)，然後根據信道估測被加權gw，該加權gw對於「耙式」收信機的每個分支是不同的。
這時，如此按照擴展因子計算出的值被累加起來。每個「分支」的結果是一個複數信號，它表示了被解擴展的符號。在所述的「前後分支」中可以取消利用加權進行相乘，也就是說所述的加權為1。在圖6和7中所表示的所有信號均為複數，因此由一個實部和虛部組成。
對由「前後分支」提供的結果進行分析是通過求值並接下來對該值進行比較來實現的。如果所述的值是顯著不同的，也就是說具有由值TH規定的最小差，那麼所述的「分支」的位置作如下變化，即「主分支」在變化後處於能量更大的位置。
這在圖8中是顯而易見的。在此，「前分支」計算出的能量用PE標示，而由「後分支」所計算出的能量PL處於與其相對的位置。這可以簡單地通過分析所述兩個「分支」的能量差來實現。在第一種情形下，「分支」不偏移，因為「前後能量」的差值不是非常大，而是遠遠小於需定義的閾值TH。在第二種情形下，「前後分支」之間的差值大於TH，而且「後分支」的能量大於「前分支」的能量。於是，「主分支」向後偏移一個延遲級。在第三種情形下，「前後分支」之間的差值同樣大於TH，而且這次是「前分支」的能量大於「後分支」的能量。於是，所述的「主分支」向前偏移一個延遲級。
在耙式收信機內使用前後分支時可能帶來下述問題如圖9所示，如果把接收數據中間存儲在RAM存儲器SP內，以便隨後通過相應的存儲器訪問、並經多路復用器MUX將其傳送到「耙式」收信機內，那麼，每個「耙式」收信機必須實現三次存儲器訪問。所述的「主分支、前分支和後分支」分別需要一次訪問。倘若譬如以4MHz的採樣頻率把數據寫到存儲器內，則在8個「耙式分支」的情況下必須要用96MHz來讀該存儲器。該比例在過採樣時又不一樣，因為數據是按照過採樣速率、以一個較高的速度而被寫在存儲器之內的。
圖9示出了一種常規的電路。三個「耙式分支」相互獨立地通過多路復用器MUX訪問RAM存儲器SP。在所述的「耙式收信機」中，以已知的方式利用多個乘法器MUL進行逆向擾頻(解擾)和路徑加權。
本發明所基於的任務在於，在移動及/或靜態發信/收信機之間具有無線通信的通信系統內、尤其是在第三代移動無線系統內，給出一種利用「前後跟蹤」在「耙式」收信機內控制存儲器訪問的方法，其中相對於迄今的已知方法，可以減少存儲器訪問的數目。
該任務通過權利要求以如下方式解決，即對在所述「耙式」收信機內接收的、在「前後跟蹤」過程中由「前分支」讀取的數據進行中間存儲，並且在一個用於讀的讀周期後，由「後分支」在所述的「前後跟蹤」過程中將該數據傳送給所述的「後分支」。
本發明所基於的思想在於，充分利用由所述「前後數據」的相互關系所產生的性能。那些由「前分支」讀取的數據可以在一個讀周期後由相應的「後分支」讀取。由此，由所述「前分支」讀取的數據可以中間存儲在一個存儲器內，然後相應地被傳送給所述的「後分支」，於是該「後分支」自己就不必再去直接訪問該存儲器了。倘若沒有使用過採樣，那麼甚至可以用一個單獨的存儲器訪問來代替所有三個存儲器訪問。如果所述的「前後分支」平分一個存儲器訪問，則存儲器訪問的總數可以減少1/3。於是可以應用較慢和合適的存儲元件。
下面藉助附圖10來闡述本發明的實施例。
圖10從圖9出發，示出了怎樣在「耙式」收信機的存儲器訪問過程中節省存儲器訪問。
圖10示出了圖9的改進電路。三個「耙式分支」中的兩個、也即「主分支」和「前分支」相互獨立地通過多路復用器MUX對RAM存儲器SP重複地進行訪問。在該「耙式收信機」中，還以已知的方式利用多個乘法器MUL進行逆向擾頻(解擾)和路徑加權。在所述「前後跟蹤」的「前分支」的訪問過程中，從RAM存儲器SP中讀出的數據被中間存儲在一個中間存儲器(寄存器)ZSP內，並且在一個用於讀的讀周期後，由「後分支」在所述的「前後跟蹤」過程中將該數據傳送給所述的「後分支」。
為更好地理解圖10所示的存儲器訪問，現在來講述涉及「分支」的用於下述訪問方案的存儲器訪問。在該實施例中，選擇值「2」作為過採樣速率，也就是說每個碼片在存儲器SP中存放兩個採樣。
接收信號以採樣速率Tc/2被存儲在RAM存儲器SP中，其中Tc為一個碼片時延。
藉助路徑延遲計算出讀地址。為了對信號進行解擴展，只需要Tc間隔內的數據。
實施例延遲＝7*Tc，也就是說信號被延遲7個碼片，第一個正確值是位於第7個碼片位置的值。
由於每個碼片存儲2個採樣，所以必須在地址「14(14/2＝7)」處讀取第一個採樣。
從地址「14」開始讀取所述的接收信號。於是地址計數器以「2」步繼續進行計數。也即讀出地址「14、16、18、20、22、24...」。這適用於所述的「主分支」。
所述的「前後分支」需要延遲半個碼片的信號或提前半個碼片的信號。
這就是說，為「前分支」讀取地址「13、15、17、19、21...」，而為「後分支」讀取地址「15、17、19、21、23...」。
就這方面來說，這是可以簡單實現的，因為所述的值是在間隔Tc/2內被存儲在RAM存儲器SP內的，於是可以通過「主地址」減1來算出所述的「前地址」，通過「主地址」加1來求出所述的「後地址」。
因此，必須在第一步從存儲器SP內讀取地址「13、14和15」。在第二步讀取地址「15、16和17」，並依此類推。
如果在圖9所示的電路中採取如此做法的話，則每個計算步驟需要3次存儲器訪問。也即在4MHz信號的情況下訪問速度為12MHz。倘若此時由8個「分支」同時讀取該存儲器，也就是說8個「前分支」、8個「主分支」和8個「後分支」，那麼就需要12*8MHz＝96MHz的訪問。
但在該配置下，此時可以在第二步中讀取在第一步已使用過的存儲器位置「15」。因此對「前後分支」來說，每個處理步驟有一個存儲器訪問就足夠了。用於「後分支」的值是通過延遲一個碼片從「前分支」的值中得出的。也就是說，如果「前分支」讀入了值「15」，那麼在所述「後分支」的延遲元件的輸出端首先提供「17」。但由此給出了不同「分支」的正確順序。
由此可以將存儲器訪問的數目減少1/3，因為所述的「前後分支」平分一個存儲器訪問。從而可以使用較慢和合適的存儲器元件，這又可以減少電流消耗。
權利要求
1.在移動及/或靜態發信/收信機之間具有無線通信的通信系統內、尤其是在第三代移動無線系統內利用「前後跟蹤」在「耙式」收信機內控制存儲器訪問的方法，具有如下特徵對在所述「耙式」收信機內接收的、在「前後跟蹤」過程中由「前分支」讀取的數據進行中間存儲，並且在一個用於讀的讀周期後，由「後分支」在所述的「前後跟蹤」過程中將該數據傳送給所述的「後分支」。
全文摘要
在移動及/或靜態發信/收信機之間具有無線通信的通信系統內、尤其是在第三代移動無線系統內,為了相對於迄今的已知方法減少存儲器訪問的數目,如此地利用「前後跟蹤」在「耙式」收信機內控制存儲器訪問,即對在所述「耙式」收信機內接收的、在「前後跟蹤」過程中由「前分支」讀取的數據進行中間存儲,並且在一個用於讀的讀周期後,由「後分支」在所述的「前後跟蹤」過程中將該數據傳送給所述的「後分支」。
文檔編號H04B1/707GK1350725SQ99812709
公開日2002年5月22日 申請日期1999年10月27日 優先權日1998年10月27日
發明者A·法爾肯博格, R·布拉爾姆, U·尼梅耶, C·羅赫, O·斯庫克 申請人:西門子公司