在無線電信系統中建立下行鏈路徑的設備和方法
2023-06-16 07:31:11 3
專利名稱：在無線電信系統中建立下行鏈路徑的設備和方法
技術領域：
本發明一般涉及一種電信系統，特別涉及一種在無線電信系統中建立下行鏈路通信路徑的設備和方法。
背景技術：
無線電信系統在類似於電話的網絡結構中使用發射機和接收機通過射頻頻率信號發送和接收信息。發射機一般發射以一個相位工作的信號，接收機一般接收以不同相位工作的信號。發射機和接收機在系統中使用不同的相位可能在識別來自多個發射機和接收機對的信息時產生問題。此外，具有一個相位的接收機需要大量電路和軟體的支持，以識別來自以不同相位操作的相應發射機的信息。此外，發射機和接收機之間的路徑延遲的變化也可能引起接收機和發射機之間的相位差。因此，想要控制無線電信系統中發射機和接收機的相位，以提供改善的射頻信號發射。
發明概要本發明的一個目的是提供一種在無線電信系統中建立下行鏈路通信路徑的設備和/或方法，這種設備和/或方法能基本上消除或減小與傳統的無線電通信技術相關的缺點和問題。
按照本發明的一個方面，提供了一種在無線電信系統中建立下行通信路徑的方法，該方法包含下述步驟從中央終端的發射機發射下行鏈路信號，下行鏈路信號包括中央終端中發射機的主碼序列；在用戶終端的接收機處接收下行鏈路信號；將中央終端中發射機之主碼序列的代碼和相位與用戶終端中接收機之從屬碼序列的代碼和相位進行比較；調節從屬碼序列的相位，以與主碼序列的相位匹配，從屬碼序列與主碼序列的匹配確定了中央終端中發射機與用戶終端中接收機之間的路徑延遲。
按照本發明的另一方面，提供了一種在無線電信系統中建立下行鏈路通信路徑的系統，該系統包括中央終端中的發射機，用於發射下行鏈路信號，下行鏈路信號具有由發射機確定的主碼序列；用戶終端中的接收機，用於接收下行鏈路信號，所述接收機可以將主碼序列的代碼和相位與相應於該接收機的從屬碼序列的代碼和相位進行比較，所述接收機可以調節從屬碼序列的相位，使從屬碼序列與主碼序列匹配。
按照本發明的另一方面，提供了一種無線電信系統的用戶終端，該用戶終端包括接收機，用於接收下行鏈路信號，下行鏈路信號具有一主碼序列，接收機具有一從屬碼序列，所述接收機可以將主碼序列的代碼和相位與從屬碼序列的代碼和相位進行比較，所述接收機可以調節從屬碼序列的相位，使從屬碼序列與主碼序列匹配。
按照本發明的一個實施例，一種在無線電信系統中建立下行鏈路通信路徑的方法包括從中央終端中的發射機發射具有一主碼序列的下行鏈路信號。用戶終端中具有一從屬碼序列的接收機接收下行信號。用戶終端中的接收機將其從屬碼序列與下行信號的主碼序列比較，以達到代碼和相位的匹配。接收機調節其從屬碼序列的相位，以便與主碼相位匹配，從而確定從中央終端中發射機到用戶終端中接收機的路徑延遲。
與傳統的幀定位技術相比，本發明提供了許多技術優點。例如，一個技術優點是使接收機的從屬碼序列與下行鏈路信號的主碼序列匹配。另一個技術優點是調節接收機的從屬碼序列的相位，以便與下行鏈路信號中主碼序列的相位匹配。再一個技術優點是對接收機從屬碼序列的相位進行增量粗調和微調。還有一個技術優點是測量從屬碼序列與主碼序列的組合功率大小，以獲得代碼序列匹配。熟悉本領域的人員可從下述的附圖、說明書和權利要求書明白其他一些技術優點。
附圖概述下面將參照附圖，通過僅作為舉例來描述本發明的一個實施例，在附圖中，對於相同的特徵採用相同的標記，其中
圖1是無線電信系統之一例的示意簡圖，在該系統中包括了本發明的一個例子；圖2是圖1的電信系統的用戶終端之一例的示意圖；圖3是圖1的電信系統的中央終端之一例的示意圖；圖3A是圖1的電信系統的中央終端的數據機機架的示意圖；圖4是圖1的電信系統的頻率方案之一例的圖；圖5A和5B是描述圖1的電信系統的小區可能結構的示意圖；圖6是描述圖1的電信系統的碼分多路復用系統的一些方面的示意圖；圖7是描述圖1的電信系統的信號發射處理級的示意圖；圖8是描述圖1的電信系統的信號接收處理級的示意圖；圖9是描述無線電信系統的下行鏈路和上行鏈路通信路徑的示意圖；圖10是描述由中央終端發射的下行鏈路信號的構造的示意圖；圖11是描述對用戶終端的從屬碼序列作相位調節的曲線圖；圖12是由用戶終端的接收機作的信號質量估計的曲線圖；圖13是描述下行鏈路信號內的幀信息信號的內容的示意圖；圖14是描述對下行鏈路信號的數據流作的附加插入的列表圖；圖15是下行鏈路信號的附加信道中的功率控制信號的列表圖；圖16是下行鏈路信號的附加信道中的碼同步信號的列表圖；圖17是無線電信系統的每種操作模式的發射功率和發射速率的曲線圖；圖18是描述用戶終端的接收機和發射機的操作的示意圖。
本發明的詳細描述圖1是無線電信系統的實施例的示意圖。電信系統包括一個或多個服務區域12、14和16，其中由各個中央終端(CT)10(它在有關的區域內與用戶終端(ST)20之間建立無線電鏈路)對每個區域進行服務。由中央終端10覆蓋的區域可以改變。例如，在用戶密度較低的農村區域中，服務區域12可以覆蓋半徑達15-20Km的區域。在具有高密度用戶終端20的城市環境中的服務區域14可能只覆蓋半徑達100m左右的區域。在具有中等密度用戶終端的市郊區域中，服務區域16可以覆蓋半徑達1Km左右的區域。應理解為，可以選擇由特殊中央終端10覆蓋的區域來符合所期望的本地要求或實際用戶密度、本地地形條件等，而且不局限於圖1所示的實施例。此外，由於天線設計考慮、地形因素、建築等(它們將影響被發射信號的分布)，使覆蓋區域不必而且一般不是圓形。
利用鏈路13、15和17(例如，它們與公用電話交換網(PSTN)18接合)，可將各個服務區域12、14和16的中央終端互相連接。鏈路可以包括傳統電信技術，它運用銅線、光纖、衛星、微波等。
圖1的無線電信系統是以在服務區域(例如，12、14、16)內固定位置上的用戶終端20和用於那個服務區域的中央終端10之間提供固定微波鏈路為基礎的。在較佳實施例中，每個用戶終端20設有通向其中央終端10的永久固定訪問鏈路。然而，在另一些實施例中，可以提供基於請求的訪問，從而可以服務的用戶數超出當今有效電信鏈路的數量。
圖2示出用於圖1電信系統的用戶終端20的結構的實施例。圖2包括用戶房屋22的示意表示。把用戶無線電單元(CRU)24安裝在用戶房屋上。用戶無線電單元24包括平板天線等23。把用戶無線電單元安裝在用戶房屋上或在豎杆上的位置，而且以這種方向，從而在用戶無線電單元24內的平板天線23面對用戶無線電單元24所處服務區域中央終端10的方向26。
通過用戶引入線28，把用戶無線電單元24與在用戶房屋內的電源單元(PSU)30相連。將電源單元30與用於向用戶無線電單元24和網絡終端單元(NTU)32提供電源的本地電源相連。通過電源單元30，還將用戶無線電單元24與網絡終端單元32相連，而它又與在用戶房屋內的電信設備(例如，一部或多部電話機34、傳真機36和計算機38)相連。所示電信設備位於單個用戶房屋內。然而，情況不一定是這樣，由於用戶終端20最好支持單根或雙根線，從而單個用戶終端20可以支持兩根用戶線。還可以安排用戶終端20支持模擬和數字電信，例如，16、32或64千比特/秒的模擬通信或根據ISDN BRA標準的數字通信。
圖3是圖1電信系統的中央終端的實施例的示意圖。公共設備機架40包括多個設備架42、44、46，它們是RF合成器和功率放大器架(RFC)42、電源架(PS)44和多個(在該實施例中有四個)數據機架(MS)46。RF合成器架42使四個數據機架46並行操作。它合成並放大四個發射信號的功率(每個信號來自四個數據機架中的各個數據機架)，而且放大並分流接收到的信號四個通路，從而分開的信號可以通過各個數據機架。電源架44與本地電源相連並為公共設備機架40中的各個部件提供保險絲。雙向連接在RF合成器架42和主中央終端天線52(一般是安裝在中央終端杆50上的全向天線)之間擴展。
通過點到點微波鏈路，把該實施例的中央終端10連到形成公用電話交換網1 8界面(如圖1所示)的位置。如上所述，可運用其它類型的連接(例如，銅線或光纜)將中央終端10與公用電話交換網18連結起來。在這個實施例中，通過線47，將數據機架與微波終端(MT)48相連。微波鏈路49從微波終端48延伸到安裝在杆50上的點到點微波天線54，以與公用電話交換網18主機連接。
個人電腦、工作站等可作為網點控制器(SC)56用以支持中央終端10。可將網點控制器56與中央終端10的每個數據機架相連(例如，通過RS232連接55)。然後，網點控制器56可以提供支持功能(諸如，故障、報警和狀態的定位，以及中央終端10的構成)。雖然可用多個網點控制器56形成網絡以支持多個中央終端10，但是網點控制器56一般支持單個中央終端10。
作為延伸到網點控制器56的RS232連接55的另一種形式，可用從延長器228向部件管理器(EM)58的交換節點60提供的數據連接(諸如，X.25鏈路57(在圖3中用短劃線表示))來代替。部件管理器58可以支持多個分布式中央終端10，由各個連接把所示分布式中央終端10與交換節點60相連。部件管理器58能夠把可能的大量中央終端10(例如，大到1000個或1000個以上)併入管理網絡。部件管理器58建立在強大工作站62的周圍，而且可以包括多個計算機終端64以供網絡工程師和控制人員使用。
圖3A示出數據機架46的各個部分。發射/接收RF單元(RFU-例如在數據機架中插件上實現)66生成在中間功率電平的已調發射RF信號，而且恢復並放大用戶終端用的基帶RF信號。RF單元66與模擬插件(AN)68相連，所述模擬插件對於來自數據機架插件(MC)70的15個發射信號進行A-D/D-A轉換、基帶濾波和矢量求和。模擬單元68與多個(一般是1-8個)數據機插件70相連。數據機插件對於發射到或接收來自用戶終端20的信號進行基帶信號處理。這包括對於發射信號進行1/2速率卷積編碼和用CDMA碼x16擴展，以及對於接收信號進行同步恢復、去擴展和誤差校正。在本實施例中的每個數據機插件70具有兩個數據機，每個數據機插件支持通向用戶終端20的一個用戶鏈路(或兩個鏈路)。因此，每個插件有兩個數據機，而每個數據機架有8個數據機，每個數據機架可以支持16個可能的用戶鏈路。然而，為了含有冗餘，從而當發生故障時在用戶的鏈路中可以替代數據機架，一個數據機架46最好支持15個用戶鏈路。於是，將第16個數據機插件作為備用部件，當其它15個數據機架中的一個發生故障時可將它接入電路。數據機插件70與分支單元(TU)74相連，所述分支單元把連線端接在公用電話交換網18的主機上(例如，通過線47中的一根線)，並處理至多通到15個用戶終端(通過16個數據機中15個各自的數據機)的電話信息的信令。
在中央終端10和用戶終端20之間的無線電信可以在各個頻率下進行操作。圖4示出可用的頻率的一個例子。在本實施例中，無線電信系統傾向於在1.5-2.5GHz帶寬內操作。特別是，本實施例傾向於在由ITU-R(CCIR)標準F.701(2025-2110MHz，2200-2290MHz)規定的帶寬內操作。圖4示出用於從用戶終端20到中央終端10的上行鏈路和用於從中央終端10到用戶終端20的下行鏈路的頻率。應注意，12個上行鏈路和12個下行鏈路無線電信道(每個信道的頻率為3.5MHz)是以2155MHz為中心的。在接收信道和發射信道之間的間隔超過所需的最小間隔70MHz。
在本實施例中，如上所述，每個數據機架支持一個頻率信道(即，一個上行鏈路頻率加上相應的下行鏈路頻率)。如後面所要描述的，在一個頻率信道上最多可以支持15個用戶鏈路，這樣，在本實施例中，每個中央終端10可以支持60個鏈路，或120根線。
一般而言，無線電話務從特定的中央終端10延伸到由附近中央終端10覆蓋的區域裡。為了避免(或者至少減小)由鄰接區域引起的幹擾問題，任何給出的中央終端10隻運用限定數量的可用頻率。
圖5A示出頻率的一種蜂窩狀布局，以減緩在鄰近中央終端10之間的幹擾問題。在如圖5A所示的布局中，小區76的陰影線表示小區的頻率設置(FS)。通過選擇三個頻率設置(例如，其中FS1＝F1、F4、F7、F10；FS2＝F2、F5、F8、F11；FS3＝F3、F6、F9、F12)，並作下列安排，即，鄰接小區不用相同的頻率設置(例如，參見如圖5A所示的布局)，可以提供固定指定的全向小區的陣列，它可以避免鄰近小區之間的幹擾。設定每個中央終端10的發射機功率，從而發射不超過運用相同頻率的最近小區。然後，中央終端10可以運用在它的小區內的四個頻率對(分別用於上行鏈路和下行鏈路)，在中央終端10的每個數據機架與各個RF信道(信道頻率對)相連。
由於每個數據機架支持一個信道頻率(而每個信道頻率連有15根用戶鏈路)和四個數據機架，所以每個中央終端10支持60根用戶鏈路(即，120根線)。因而圖5A的10個小區布局支持多達600個ISDN鏈路或1200根模擬線。圖5B示出蜂窩狀布局，它採用分區小區以減緩鄰近中央終端10之間的問題。與圖5A相似，圖5B中不同類型的陰影線表示不同的頻率設置。如圖5A所示，圖5B表示三個頻率設置(例如，其中FS1＝F1、F4、F7、F10；FS2＝F2、F5、F8、F11；FS3＝F3、F6、F9、F12)。然而，在圖5B中，通過運用分區中央終端(SCT)13(它包括三個中央終端10，每個扇區S1、S2和S3有一個中央終端，而三個中央終端10中每個的發射都直接指向在S1、S2和S3中適當扇區)給小區分扇區。這使得每個小區的用戶數量增加三倍，同時仍然提供永久性固定訪問每個用戶終端20。
運用七個小區重複模式，從而對於在給定頻率下操作的小區，在相同頻率下操作所有六個鄰近小區都可用唯一的PN碼。這防止鄰近小區偶爾對數據進行解碼。
如上所述，每個信道頻率可以支持15個用戶鏈路。在本實施例中，通過復接運用碼分多址(CDMA)技術的信號可以獲得上述效果。圖6示出CDMA編碼解碼的示意圖。
為了對CDMA信號、基帶信號進行編碼，例如，在80-80N處把每根用戶鏈路上的用戶信號編碼成160k碼元/秒基帶信號，其中每個碼元代表2個數據位(參見，在8 1處所示的信號)。然後，由運用各個Walsh偽隨機噪聲(PN)碼擴展功能82-82N以因數16擴展該信號，以生成具有在3.5MHz頻率中2.56M碼元/秒的有效子碼率的信號。然後，合成各個用戶鏈路上的信號並將它轉換成射頻(RF)以產生用以從發射天線86發射的多個用戶信道信號(例如，85)。
在發射期間，發射信號經過幹擾源88，它包括外部幹擾89和來自其它信道的幹擾90。相應地，到接收天線91接收到CDMA信號的時候，多個用戶信道信號失真，如在93處所示。
為了對來自接收到的多個用戶信道的用於給定用戶鏈路的信號進行解碼，Walsh相關器94-94N運用相同的偽隨機噪聲(PN)碼(將它用於對每個用戶鏈路信號進行編碼)以提取用於各個接收到的基帶信號96-96N的信號(例如，在95處所示)。應注意，接收到的信號包括一些剩餘噪聲。然而，運用低通濾波器和信號處理可以濾掉不想要的噪聲。
CDMA的關鍵在於正交碼的應用，它使得在同一時間相同頻率下發射並接收多個用戶信號。一旦運用Walsh碼正交隔離比特流，各個用戶鏈路上的信號就不會互相干擾了。
Walsh碼是具有「正交化」功能的一組數學序列。換句話說，如果由其它任何Walsh碼乘以任何Walsh碼，那麼結果將是零。
圖7是說明在如圖1的通信系統的用戶終端中構造的信號發射處理級的示意圖。還在中央終端作出構造以進行等價的信號發射處理。在圖7中，使來自一對電話機之一的的模擬信號經雙線接口102送至混合聲音處理電路104，然後再經編碼解碼器106產生一數位訊號，在108處把包含控制信息的附加信道插入該數位訊號。在通過擴展器116之前，由卷積編碼器110來處理得到的信號，分別由RW碼發生器112和PN碼發生器114把Rademacher-Walsh碼和PN碼加至擴展器116。使獲得的信號通過數-模轉換器118。數-模轉換器118使數字樣本成形為模擬波形，並且提供基帶功率控制級。然後使信號在通過低通濾波器120後在調製器122中被調製。把來自調製器122的經調製的信號與由壓控振蕩器126產生的信號混頻，該壓控振蕩器126對合成器160作出反應。然後使混頻器128的輸出在通過帶通濾波器132之前在低噪聲放大器130中放大。使帶通濾波器132的輸出在通到功率控制電路之前在另一個低噪聲放大器134中進一步放大。使功率控制電路的輸出在通過另一個帶通濾波器140之前在又一個低噪聲放大器138中進一步放大，然後從發射天線142發射。
圖8是說明在如圖1的通信系統的用戶終端中構造的信號接收處理級的示意圖。還在中央終端作出構造以進行等價的信號接收處理。在圖8中，使在接收天線150處接收到的信號在低噪聲放大器154中被放大之前通過帶通濾波器152。然後使放大器154的輸出在被另一個低噪聲放大器158放大之前通過又一個帶通濾波器可156。然後使放大器158的輸出通到混頻器164，在那裡把該輸出與由壓控振蕩器162產生的信號混頻，該壓控振蕩器162對合成器160作出反應。然後使混頻器的輸出在通到模-數轉換器170之前通過解調器166和低通濾波器168。然後使A/D變換器170的數字輸出通到相關器178，分別由RW碼發生器172(對應於RW碼發生器112)和PN碼發生器174(對應於PN碼發生器114)把與發射時使用的相同的Rademacher-Walsh碼和PN碼施加至該相關器187。把相關器的輸出施加至Viterbi解碼器180。然後把Viterbi解碼器180的輸出送到附加提取器182，用於提取附加信道信息。然後使附加提取器182的輸出通過編碼解碼器184和混合電路188至雙線接口190，得到的模擬信號在該接口處通到經選出的電話機192。
在用戶終端20處，在IF級處包括自動增益控制級。從CDMA接收機的數字部分用信號品質估計器(下面將描述)的輸出得出控制信號。
圖9是中央終端10和用戶終端20之間的下行鏈路和上行鏈路通信路徑的方框圖。建立一條從中央終端10的發射機200至用戶終端20的接收機202的下行鏈路通信路徑。建立一條從用戶終端20的發射機204至中央終端10的接收機206的上行鏈路通信路徑。一旦在無線電信系統1中建立了下行鏈路和上行鏈路通信路徑，就可以在用戶終端20的第一用戶208或第二用戶210與由中央終端10經下行鏈路信號212和上行鏈路信號214服務的一個用戶之間進行電話通信。下行鏈路信號212由中央終端10的發射機200發射而由用戶終端20的接收機202接收。上行鏈路信號214由用戶終端20的發射機204發射而由中央終端10的接收機206接收。把下行鏈路信號212和上行鏈路信號214作為CDMA擴展頻譜信號發射。
中央終端10中的接收機206和發射機200相對於時間和相位互相同步，並且按照信息邊界對準。為建立下行鏈路通信路徑，應該使用戶終端20的接收機202與中央終端10的發射機200同步。通過在下行鏈路信號212上完成採集模式功能和跟蹤模式功能而發生同步。起初，中央終端10的發射機200發射下行鏈路信號212。圖10示出下行鏈路信號212的內容。下行鏈路信號212包括與幀信息信號218組合的對於中央終端10的編碼序列信號216。編碼序列信號216由偽隨機噪聲碼信號220和Rademacher-Walsh碼信號222組合而成。雖然圖10具體涉及下行鏈路信號的組成，但上行鏈路信號具有相同的組成。
由單個中央終端10服務的每個用戶終端20的每個接收機202操作作為中央終端10的相同的但偏離的偽隨機噪聲碼。中央終端10中的每一數據機架46支持一條射頻信道和十五個用戶終端20，每個用戶終端具有第一用戶208和第二用戶210。每個數據機架46選擇十六個Rademacher-Walsh碼信號222之一，每個Rademacher-Walsh碼信號222對應於一個唯一的用戶終端20。於是，一個特定的用戶終端20將具有一個作為由中央終端10發射並向特定的用戶終端20傳播的下行鏈路信號212的相同的編碼序列信號218。
在用戶終端20的接收機202處接收下行鏈路信號212。接收機202將其相位和編碼序列與在下行鏈路信號212的編碼序列信號216中的相位和編碼序列作比較。認為中央終端具有主碼序列，而認為用戶終端具有從屬碼序列。接收機逐步調節其從屬碼序列的相位以識別與主碼序列的匹配，並且使用戶終端20的接收機202與中央終端10的發射機200同相。由於中央終端10和用戶終端20之間的路徑延遲，接收機202的從屬碼序列與發射機200的主碼序列和中央終端10並不起始同步。此路徑延遲由用戶終端20和中央終端10之間的地理間隔和其他影響無線電傳輸的環境和技術因素造成。
圖11描述用戶終端20的接收機202如何調節器從屬碼序列以與中央終端10的發射機200的主碼序列相匹配。接收機202在下行鏈路信號212的主碼序列的整個長度內遞增從屬碼序列的相位，並且通過對從屬碼序列相位的每個增量變化進行從屬碼序列和主碼序列的組合功率的測量來確定信號品質估計值。根據2.56兆赫的子碼周期，主碼序列的長度約為100微秒。在捕獲階段期間，對於每個遞增間隔，用半個子碼周期來調節從屬碼序列的相位。當接收機202識別出一個相關峰值(在該處組合功率達到一個最大值)時，接收機202完成了第一捕獲傳遞。接收機202在整個碼序列長度內進行第二捕獲傳遞以證實在相關峰值處對組合功率最大值的識別。當在捕獲模式中識別相關峰值位置時確定用戶終端20和中央終端10之間的近似路徑延遲。
一旦在接收機202處完成下行鏈路信號的捕獲，就進行從碼序列相位的微調，以在跟蹤模式中保持從屬碼序列與主碼序列的相位匹配。微調是通過對從屬碼序列的相位作十六分之一個子碼周期的增量變化而進行的。響應於接收機202所作的組合功率測量，微調可以沿前向(正)或反向(負)進行。接收機202連續地監視主碼序列，以保證對於下行鏈路通信路徑用戶終端20與中央終端10同步。
圖12在捕獲模式和跟蹤模式期間由接收機202測得的組合功率曲線圖。在組合功率曲線的相關峰值219處出現組合功率的最大值。應該指出，峰值219並不像圖12那樣輪廓分明，而其頂部可能變得平坦，更像一個平頂。這是接收機202的從屬碼序列與發射機200的主碼序列同相且匹配之點。導致組合功率值(它在偏離相關峰值219處出現)的測量要求對從屬碼序列作增量調節。在早相關器點221和遲相關器點223之間建立一個微調窗。在早相關器點221和遲相關器點223處作平均功率測量。由於早相關器點221和遲相關器點223相隔一個子碼周期，根據計算早相關器點221和遲相關器點223的平均功率之差而產生一個誤差信號，用該誤差信號來控制對從屬碼相位的微調。
為建立下行鏈路通信路徑，在對下行鏈路信號212中的編碼序列信號216的中央終端10主碼序列捕獲和起始跟蹤後，接收機202進入幀定位模式。接收機202分析下行鏈路信號212的幀信息信號218內的幀信息，以對於下行鏈路信號212識別幀位置的起點。
由於接收機202不知道它在下行鏈路信號212的數據流中的那一點處接收到信息，因此為了能處理從中央終端10的發射機200接收到的信息，接收機202必須尋找幀位置的起點。一旦接收機202識別出又一個幀位置的起點，就建立了從中央終端10的發射機200至用戶終端20的接收機202的下行鏈路通信路徑。
圖13示出幀信息信號218的一般內容。對於經下行鏈路信號212傳遞的每個信息幀，幀信息信號218包括附加信道224、第一用戶信道226、第二用戶信道228、和信令信道230。附加信道224攜帶用於建立和維持下行鏈路和上行鏈路通信路徑的控制信號。第一用戶信道226用於傳遞話務信息至第一用戶208。第二用戶信道228用於傳遞話務信息至第二用戶210。信令信道230提供信令信息以監督用戶終端20通話功能的運作。在一個信息幀中，附加信道224佔有16千比特每秒，第一用戶信道226佔有64千比特每秒，第二用戶信道228佔有64千比特每秒，而信令信道230佔有16千比特每秒。
圖14示出如何把附加信道224插入下行鏈路信號212的數據流。把下行鏈路信號212的數據流劃分為二十比特子幀。每個二十比特子幀具有兩個十比特段。第一個十比特段包括一個附加比特、一個信令比特、和八個用戶比特。第二個十比特段包括一個附加比特、一個信令比特、和八個第二用戶比特。在整個四毫秒信息幀內重複此二十比特字幀格式。這樣，在下行鏈路信號212的數據流中，幀信息每隔十個比特位置就由一個附加比特佔據。
附加信道224包括八個字節欄位-幀定位字232、碼同步信號234、功率控制信號236、操作和維持信道信號238、和四個保留字節欄位242。幀定位字232對於其相應的信息幀識別幀位置的起點。碼同步信號234提供信息以控制用戶終端20的發射機204和中央終端10的接收機206的同步。功率控制信號236提供信息以控制用戶終端20的發射機204的發射功率。操作和維持信道信號238相對於下行鏈路和上行鏈路通信路徑和從中央終端至用戶終端的一條路徑提供狀態信息，在該條路徑上，對數據機機架操作的機架控制器與數據機之間的通信協議也擴展了。
為了識別兩個相繼的幀位置的起點，用戶終端20的接收機202在下行鏈路信號212的數據流中搜索附加信道224和幀定位字232的十個可能的比特位置。接收機202起初對幀信息每個十比特段提取第一比特位置，以確定是否已俘獲附加信道224。如果從提取第一比特位置開始經過一段預定的時間間隔仍未識別出幀定位字232，接收機202將對每個十比特段的第二比特位置和其後的比特位置重複此過程，直至識別出幀定位字232。接收機202尋找的一個幀定位字232的例子是二進位00010111。一旦正確的比特位置產生幀定位字232，接收機202就想識別兩個相繼的幀位置的起點。一旦響應於在下行鏈路信號212的數據流中相繼的幀定位字232的識別而成功地識別出兩個相繼的幀位置的起點後，就建立起一條下行鏈路通信路徑。
為了對後繼的信息幀識別後繼的幀定位字232，接收機202連續監視適當的比特位置。如果接收機202無法對三個相繼的幀識別出幀定位字232，則接收機將返回至至搜索過程，並經十比特段的每個比特位置循環，直至通過識別出兩個相繼的幀定位字232，識別出幀位置的兩個相繼的起點而重新建立幀定位。中央終端10和用戶終端20之間的路徑延遲的變化可能造成無法識別三個相繼的幀定位字232。在中斷從中央終端10的發射機200至用戶終端20的接收機202的下行鏈路通信路徑後，接收機202將返回至搜索過程。
在通過適當的碼序列相位同步和幀定位來建立從中央終端10到用戶終端20的下行鏈路通信路徑後，無線電信系統1完成從用戶終端20內的發射機204到中央終端10內的接收機206的上行鏈路通信路徑的步驟。最初，發射機204斷電直到已建立下行鏈路通信路徑，以防止發射機幹擾中央終端與其它用戶終端的通信。在建立下行鏈路通信路徑後，根據經由附加信道224的功率控制信道236來自中央終端CT的命令，把發射機204的發射功率設定為最小值。功率控制信號236控制發射機204所產生的發射功率的量，從而中央終端10接收來自中央終端10所服務的每個用戶終端20的具有近似相同值的發射功率。
在下行鏈路信號212上，由中央終端10的發射機200在幀信息信號218的附加信道224內發射功率控制信號236。用戶終端20的接收機202接收下行鏈路信號212，並從中提取功率控制信號236。功率控制信號236被提供給用戶終端20的發射機204，並對發射機204的發射功率進行增量調節。中央終端10繼續對發射機204的發射功率進行增量調節，直到發射功率落在接收機206所確定的所需閾值範圍內。最初，以具有一分貝增量的粗調模式對發射功率進行調節，直到發射功率落在所需的閾值範圍內。在接通發射機204時，通過增量調節，使發射功率的強度逐步傾斜升高，以防止幹擾中央終端與其它用戶終端的通信。
圖15示出功率控制信號236的一個示例解碼方案。在用戶終端20內發射機204的發射功率達到所需閾值範圍後，對於功率波動而獲得的任何變化以及中央終端10和用戶終端20之間路徑延遲的變化等，中央終端10內的接收機206繼續監測來自發射機204的發射功率的量。如果發射功率落到低於或超出所需的閾值範圍，則中央終端10將發射適當的控制信號236，以根據需要增加或減小發射機204的發射功率。在該點，可以具有0.1分貝增量的細調模式進行調節，以使發射功率返回所需的閾值範圍。在下行鏈路或上行鏈路通信路徑中斷時，中央終端10可通過恢復貯存在用戶終端20內存儲器中的參數，來命令發射機204返回先前的發射功率值，以便於重新建立適當的通信路徑。
為了完整地建立從用戶終端20到中央終端10的上行鏈路通信路徑，用戶終端20內的發射機204應與中央終端10內的接收機206同步。中央終端10通過幀信息信號218的附加信道224內的碼同步信號234來控制發射機204的同步。碼同步信號234對發射機204的從屬碼序列的相位進行增量調節，使之與接收機206的主碼序列的相位相匹配。以與接收機202的同步基本上相同的方式進行發射機204的同步。
在下行鏈路信號212上，中央終端10的發射機200在幀信息信號218的附加信道224上發射碼同步信號234。用戶終端20的接收機202接收下行鏈路信號212，並從中提取碼同步信號234。碼同步信號234被提供給發射機204，以對發射機204的從屬碼序列的相位進行增量調節。中央終端10繼續對發射機204的從屬碼序列的相位繼續增量調節，直到接收機206在發射機204的從屬碼序列與中央終端10的主碼序列之間確認碼和相位匹配。
在確定相位和碼匹配時，接收機206對發射機204的同步執行與接收機202的同步相同的功率測量技術。最初，以具有子碼速率增量二分之一的粗調模式對發射機204的從屬碼序列的相位進行調節，直到接收機206確認主碼序列與發射機204的從屬碼序列的組合功率的最大功率位置。
圖16示出碼同步信號234的一個示例解碼方案。在識別和驗證從屬碼序列與主碼序列的相位和碼匹配後，為了中央終端10與用戶終端20之間的路徑延遲變化而獲得的發射機204的從屬碼序列的相位變化，接收機206繼續監測上行鏈路信號214。如果需要進一步調節發射機204的從屬碼序列的相位，則中央終端10將發射適當碼同步信號234，以根據需要增加或減小發射機204的從屬碼序列的相位。在該點，可以具有十六分之一子碼速率增量的細調模式，對發射機204的從屬碼序列的相位進行調節。在下行鏈路或上行鏈路中斷後，中央終端10可通過恢復存儲在用戶終端20內存儲器中的參數，來命令發射機204返回先前的從屬碼序列相位值，以便於重新建立適當的通信路徑。
在實現發射機204的同步後，接收機206以與接收機202在建立下行通信路徑期間所進行的幀定位相同的方式，對上行鏈路信號214進行幀定位。一旦接收機206確認兩個相繼的幀定位字並獲得幀定位，則已建立上行鏈路通信路徑。在下行鏈路通信路徑和上行鏈路通信路徑都建立時，可開始在用戶終端20的第一用戶208或第二用戶210與耦合到中央終端10的用戶之間傳遞信息。
無線電信系統1可把發射功率值和發射速率調節到用於三種不同的系統操作模式的兩個設定中的一個設定。系統操作模式是捕獲、預備和通話。對發射功率和發射速率的調節使得可減少與其它用戶終端的幹擾，並把它減到最少。也實現對鏈路建立時間的改良。發射功率值被解碼成為功率控制信號236，發射速率被解碼成為碼同步信號234。
可把用於下行鏈路信號212和上行鏈路信號214的發射功率設定為額定的0分貝高功率值或減小的-12分貝的低功率值。下行鏈路信號212和上行鏈路信號214的發射速率可設定為10千比特每秒的低速率或160千比特每秒的高速率。當切換到160千比特每秒的高速率時，用戶擴展通話量和附加信息，從而一個信息碼元可導致發射16個子碼。對16個子碼進行相關，從而產生12分貝的處理增益。當切換到10千比特每秒的低速率時，只擴展附加信息，從而一個附加碼元導致發射256個子碼。對256個子碼進行相關，從而產生24分貝的處理增益。
圖17示出用於三種系統操作模式的發射功率和發射速率。在接通電源或每當失去下行鏈路或上行鏈路通信路徑時，無線電信系統1進入捕獲模式。在捕獲模式中，把下行鏈路和上行鏈路發射機的發射功率以及相關器處理增益增加到最大。這樣把相關器輸出處的信噪比增加到最大，從而增加相關峰值219的幅度，以更利於識別和減少誤捕獲的危險。由於在捕獲模式中只需要附加信息，所以發射速率處於10千比特每秒的低速率值。
當獲得下行鏈路和上行鏈路通信路徑時，無線電信系統1進入預備模式。在預備模式中，把下行鏈路和上行鏈路發射機的發射功率減小12分貝。發射功率的減小可減少對其它用戶終端的幹擾，而仍舊保持同步。發射速率保持在低速率值允許在附加信道224上在中央終端10和用戶終端20之間交換控制信息。
當檢測到輸入或輸出呼叫時，從起始終端向目的終端發射一消息，該消息表示需要用於發射用戶通話信息的下行鏈路和上行鏈路通信路徑。在該處，無線電信系統1進入通話模式。在通話模式中，下行鏈路和上行鏈路通信路徑的發射功率都增加到高功率值，其發射速率也增加到160千比特每秒的高速率值，以便於起始和目的終端之間的信息傳遞。在檢測到呼叫終止時，從終止終端向其它終端發射一消息，該消息表示不再需要下行鏈路和上行鏈路通信路徑。在該處，無線電信系統1重新進入預備模式。在預備模式和通話模式中都執行碼同步和幀定位跟蹤。
圖18是用戶終端20內接收機202和發射機204的詳細方框圖。接收機202在RF接收接口250處接收下行鏈路信號212。RF接收接口250把擴展頻譜信號分離成I和Q信號分量。RF接收接口250對每個I和Q信號分量進行帶通濾波，這是通過除去近似超出接收機202的帶寬(3.5兆赫)一半的部分而進行的。RF接收接口250對I和Q信號分量進行低通濾波，以阻止鏡像頻率並防止信號混疊(aliasing)。I和Q信號分量被模擬-數字轉換器252置於數字格式。模擬-數字轉換器252的採樣頻率是子碼周期的四倍或10.24兆赫，它具有八比特的解析度。
由下變頻器254把數字I和Q信號分量變到5.12兆赫的速率。碼發生器和去擴展器256進行上述同步捕獲和跟蹤功能，以使接收機202的Rademacher-Walsh和偽隨機噪聲碼序列的相位與下行鏈路信號212的相位同步。數位訊號處理器258通過碼跟蹤器260和載波跟蹤器262來控制從屬碼序列的相位，自動增益控制單元264產生自動增益控制信號，以控制RF接收接口250的增益。碼發生器和去擴展器256產生160千字節每秒的I和Q幀信息，以在節點同步邏輯單元268的控制下，由節點同步接口266進行進一步的同步。節點同步接口266通過節點同步邏輯單元268來確定是否要交換I和Q信道，因為它們可以四種不同的方式接收。
Viterbi解碼器270對I和Q信道提供前向差錯修正，並在71碼元延遲後產生經差錯修正的160千字節每秒的數據信號。由幀定位器對差錯修正信號進行處理，以及提取器272確定幀定位並提取功率控制信號236、碼同步234以及操作和保持信道信號238。幀定位器和提取器272也提取向第一用戶208和第二用戶210進行通話發射的第一用戶信道226和第二用戶信道228，以及被高級數據鏈路控制器274和微型控制器276處理的信令信道230。幀定位器和提取器272也在檢測到幀定位失敗時提供警報和差錯指示。在鏈路丟失的情況下，為了便於重新建立鏈路，非易失性隨機存取存儲器278存儲用於隨後通過判優器180插入的系統參數信息。判優器280也在數位訊號處理器258和微型控制器276之間提供接口。
沿發射方向，幀插入器282接收來自第一用戶208和第二用戶210的第一用戶通話量和第二用戶通話量、來自高級數據鏈路控制器274的信令信道230信息以及來自微型控制器276的操作和保持信道238信息。幀插入器對卷積編碼器284所處理的上行鏈路信號214產生幀信息信號218。卷積編碼器284使幀信息信號218的數據速率加倍，以提供前向差錯修正。擴展器286把320千比特每秒的卷積編碼器信號分成兩個160千比特每秒的I和Q信號，並響應於由碼同步信號234所調節的時鐘發生器290所產生的系統時鐘，由碼發生器288所產生的擴展序列對這些I和Q信號進行異或操作。碼發生器288產生十六個Rademacher-Walsh函數中的一個函數，該函數與碼型(pattern)長度為256且子碼速率為2.56兆赫的偽隨機序列進行異或操作。偽隨機序列應與中央終端10相匹配，但可在軟體的控制下調節該序列，以可靠地阻止來自其它頻帶或其它小區的信號。
擴展器286把I和Q信號提供給模擬發射機290。模擬發射機290對RF發射接口292產生脈動的I和Q信號。響應於從附加信道224中提取的功率控制信號236，通過首先由數字-模擬轉換器建立控制電壓而產生發射功率。此控制電壓被加到模擬發射機290和RF發射接口292的功率控制輸入端。在模擬發射機290和RF發射接口292中都可獲得35分貝的功率控制。RF發射接口292包括分級衰減器，該衰減提供了30分貝範圍內的2分貝衰減級。此衰減器用於在高和低功率值之間切換。接通電源時，選擇最大衰減，以把發射機204的發射功率減到最小。
於是，很明顯，依據本發明提供了使無線電信系統用戶終端內的發射機同步的設備和方法，從而滿足上述優點。雖然對較佳實施例進行了詳細描述，但應理解在這裡可作各種改變、替換和修改。例如，雖然已描述了具有特定格式和速率的下行鏈路和上行鏈路信號，但實現其它格式和速率而提供相似的發射狀態、控制和信息。於是，雖然這裡已描述了特殊實施例，但應理解本發明不限於此，可在本發明的範圍內對其作許多修改和增刪。
權利要求
1.一種在無線電信系統中建立下行鏈路通信路徑的方法，其特徵在於，所述方法包括下述步驟從中央終端的發射機發射下行鏈路信號，下行鏈路信號包括中央終端中發射機的主碼序列；在用戶終端的接收機處接收下行鏈路信號；將中央終端中發射機之主碼序列的代碼和相位與用戶終端中接收機之從屬碼序列的代碼和相位進行比較；調節從屬碼序列的相位，以與主碼序列的相位匹配，從屬碼序列與主碼序列的匹配確定了中央終端中發射機與用戶終端中接收機之間的路徑延遲。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，以具有二分之一子碼周期增量的粗調模式對從屬碼序列的相位進行調節。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，比較步驟包括對每二分之一增量，測量從屬碼序列與主碼序列的組合功率，當組合功率達到最大值時，從屬碼序列與主碼序列匹配。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟連續監測從屬碼序列，以保持與主碼序列匹配；響應中央終端中發射機與用戶終端中接收機間路徑延遲的變化，重新調節從屬碼序列的相位，以與主碼序列的相位匹配。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，以具有十六分之一子碼周期增量的微調模式重新調節從屬碼序列的相位。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，重新調節步驟包括對每十六分之一增量，測量從屬碼序列與主碼序列的組合功率，當組合功率達到最大值時從屬碼序列與主碼序列匹配。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括下述步驟響應於中斷下行鏈路通信路徑，將從屬碼序列的相位重新設置成先前的值。以便於重新建立下行鏈路通信路徑，
8.一種在無線電信系統中用於建立下行鏈路通信路徑的系統，其特徵在於，所述系統包括中央終端中的發射機，用於發射下行鏈路信號，下行鏈路信號具有由發射機確定的主碼序列；用戶終端中的接收機，用於接收下行鏈路信號，所述接收機可以將主碼序列的代碼和相位與相應於該接收機的從屬碼序列的代碼和相位進行比較，所述接收機可以調節從屬碼序列的相位，使從屬碼序列與主碼序列匹配。
9.如權利要求8所述的系統，其特徵在於，接收機測量從屬碼序列和主碼序列的組合功率，以便確定從屬碼序列與主碼序列的匹配，當組合功率達到最大值時，從屬碼序列與主碼序列匹配。
10.如權利要求8所述的系統，其特徵在於，接收機以具有二分之一子碼周期增量的粗調模式遞增地調節從屬碼序列的相位。
11.如權利要求8所述的系統，其特徵在於，接收機連續監視從屬碼序列以便與主碼序列匹配，接收機響應於發射機與接收機之間路徑延遲的變化，重新調節從屬碼序列的相位。
12.如權利要求11所述的系統，其特徵在於，以具有十六分之一子碼周期增量的微調模式重新調節從屬碼序列的相位。
13.如權利要求12所述的系統，其特徵在於，接收機對每十六分之一增量，測量從屬碼序列與主碼序列的組合功率，當組合功率達到最大值時從屬碼序列與主碼序列匹配。
14.如權利要求8所述的系統，其特徵在於，接收機響應從發射機到接收機的下行鏈路通信路徑的中斷，將從屬碼序列的相位重新設置成先前的值。以便於重新建立下行鏈路通信路徑。
15.一種在無線電信系統中的用戶終端，其特徵在於，包括接收機，用於接收下行鏈路信號，下行鏈路信號具有一主碼序列，接收機具有一從屬碼序列，所述接收機可以將主碼序列的代碼和相位與從屬碼序列的代碼和相位進行比較，所述接收機可以調節從屬碼序列的相位，使從屬碼序列與主碼序列匹配。
16.如權利要求15所述的用戶終端，其特徵在於，接收機以具有二分之一子碼周期增量的粗調模式遞增地調節從屬碼序列的相位。
17.如權利要求15所述的用戶終端，其特徵在於，接收機測量從屬碼序列與主碼序列的組合功率，接收機調節從屬碼序列的相位，以識別組合功率的最大值，當組合功率達到最大值時從屬碼序列與主碼序列匹配。
18.如權利要求17所述的用戶終端，其特徵在於，接收機對從屬碼序列的相位進行遞增調節，在每次對從屬碼序列遞增調節之後，接收機測量組合功率。
19.如權利要求15所述的用戶終端，其特徵在於，接收機連續監視從屬碼序列以便保持與主碼序列匹配，接收機以具有十六分之一子碼周期增量的微調模式重新調節從屬碼序列的相位。
20.如權利要求19所述的用戶終端，其特徵在於，接收機在每十六分之一增量之後，測量從屬碼序列與主碼序列的組合功率，當從屬碼序列與主碼序列匹配時組合功率達到最大值。
全文摘要
一種無線電信系統(1)包括用於向用戶終端發射和從用戶終端(20)接收射頻信號的中央終端(10)。建立從中央終端(10)的發射機(200)至用戶終端(20)的接收機(202)的下行鏈路通信路徑。在建立和運行無線電信系統(1)期間,從發射機(200)至接收機(202)發射下行鏈路信號(212)。用戶終端(20)的接收機(202)將下行鏈路信號(212)中主碼序列的代碼和相位與接收機(20)從屬碼序列的代碼和相位進行比較。接收機(202)調節從屬碼序列的相位,直至與主碼序列匹配。從屬碼序列與主碼序列的匹配有利於建立下行鏈路通信路徑。
文檔編號H04J13/00GK1191045SQ96195589
公開日1998年8月19日 申請日期1996年6月3日 優先權日1995年6月2日
發明者馬丁李瑟基科 申請人:Dsc通訊有限公司