直接序列碼分多址聯接傳輸方法

2023-10-06 02:33:19

專利名稱：直接序列碼分多址聯接傳輸方法
技術領域：
本發明涉及利用移動通信中的擴展頻譜實現多址聯接的一種直接序列碼分多址傳輸方法(DS-CDMA)，尤其涉及實現多個代碼信道的代碼多路復用的DS-CDMA傳輸方法。
背景技術：
最近，集中研究和開發DS-CDMA系統作為新一代的移動通信系統。DS-CDMA傳輸系統利用相同的頻帶在多個用戶之間實現通信，並通過適當地分配給每個用戶的擴展代碼識別單個用戶。
DS-CDMA系統優於頻分多址或時分多址系統在於它能在相同的可用頻帶內增加同時用戶的數量，並且因為是在將信息信號擴展為寬帶信號後再傳輸的，因此它適用於高速信號傳輸。
在移動通信環境中，基站和移動站之間的直接路徑是很少沒有阻礙的，由此構成了多路傳播。結果，接收的信號經受了瑞利衰落。在瑞利衰落中，接收信號的振幅具有瑞利分布，並且其相位具有均勻分布。接收機需要估算接收信號的隨機變化相位，以便執行比差分檢波更有效的相干檢波。估算接收相位的一種實現方法是在固定的間隔上將已知模式的導頻符號插入信息符號中，並且根據利用導頻信號估算出來的接收相位，估算出每個信息符號的接收相位。在這種情況下，導頻符號必須在每個時間間隔上被插入，在此期間，由於衰落而造成的相位波動幾乎是可以忽略的。
在DS-CDMA系統中實現高比特率信號傳輸主要有兩種方法(1)擴展因子(處理增益)隨傳輸信息速率變化的方法；以及(2)對多個信道進行多路復用(轉接)的代碼多路復用方法，其中每個信道都具有基本的信息速率。本文中，我們將考慮第二種方法。
圖16給出了實現絕對相干檢波時的一種常規信道結構，它利用上述的導頻符號進行信道(振幅和相位)估算。在該圖中，N表示代碼信道的數目(代碼多路復用的數目)。每個代碼信道先利用周期和信息符號的周期相等的一種短碼(SC-1，…，SC-N)進行擴展，接著再進一步利用其周期比一般的信息符號的周期長得多的一種被稱為長碼(LC-Y)的擴展碼進行擴展。短碼用來識別單個代碼信道，而長碼則用來把某個用戶和反向連接信道中相同單元裡的其他同時用戶，以及正向連接信道中的其他單元裡的其他同時用戶區分開來。圖17給出單個代碼信道傳輸的幀結構。
常規系統存在下面的問題(1)被插入到如圖16所示的每個代碼信道中的導頻符號是由分配給每個代碼信道用於擴展數據符號的相同擴展代碼所擴展的。這導致了多路復用代碼信道之間的某些互相關，從而降低了靠導頻符號的信道估算精度。換句話說，常規的DS-CDMA代碼多路復用方法的問題在於，由於利用不同的擴展代碼來擴展各個代碼信道的導頻符號而導致其他代碼信道之間的互相關，從而降低了利用導頻符號進行信道估算的精度。當在多路環境下每個路徑的接收信號功率減少時，這種精度降低是很顯著的。
(2)被插入到如圖18A所示的各個代碼信道中的各幀中相同位置上的導頻符號用於為每個代碼信道估算接收相位，以便通過在如圖18B所示的導頻符號的插入間隔上的插值法，得到關於信息數據序列的信道傳遞函數。這將導致這樣的一個問題，隨著衰落波動速度的增加，信道估算的精度將降低。此外，由於傳輸功率控制也是在導頻符號的插入間隔上實現的，即通過測量被插入到如圖19所示的各個代碼信道的各幀中的相同位置上的導頻符號的位置上的接收信號功率，由此所導致的另一個問題是，隨著衰落波動速度的增加，傳輸功率控制的精度也會降低。

發明內容
因此，本發明的一個目的是提供一種DS-CDMA傳輸方法，這種方法能提高信道估算的精度，而不會明顯增加DS-CDMA代碼多路復用中發射機和接收機的電路規模。
本發明的另一個目的是提供這樣一種DS-CDMA傳輸方法，這種方法能提高利用導頻符號對信道估算的衰落以及傳輸功率控制的跟蹤能力，而不會明顯增加DS-CDMA代碼多路復用中發射機和接收機的電路規模。
根據本發明的第一方面，DS-CDMA方法使用代碼多路復用方法，該方法通過對多個代碼信道的代碼多路復用而產生高比特率的傳輸信道來傳送某個信號，這種DS-CDMA傳輸方法包括步驟通過在固定的間隔上將導頻符號插入到信息符號中，為各個代碼信道裝配幀，這些導頻符號用於相干檢波的信道估算；利用適當地分配給每個代碼信道的擴展代碼，在每個代碼信道中擴展信息符號，擴展代碼是從其周期和信息符號的周期相等並且互為正交的一組正交擴展碼中選擇的；並且利用從正交擴展代碼組中選擇的擴展碼中的一個，或者利用任何不是從正交擴展代碼組中分配給代碼信道中的信息符號的擴展碼，在代碼信道中擴展導頻符號。
根據本發明的第二方面，一種DS-CDMA傳輸方法採用了代碼多路復用方法，後者通過對多個代碼信道的代碼多路復用產生高比特率傳輸信道來傳輸信號，這種DS-CDMA傳輸方法包括如下的步驟通過在固定的間隔上將導頻符號插入到信息符號中來為一個代碼信道裝配幀，這些導頻符號用於相干檢波的信道估算；利用適當地分配給每個代碼信道的擴展碼在每個代碼信道中擴展信息符號，擴展碼是從相互正交並且其周期和信息符號的周期相等的一組正交擴展碼中選擇的；並且利用從正交擴展代碼組中選擇的一個擴展代碼，或者利用任何不是從正交擴展碼組中分配給代碼信道中的信息符號的擴展碼，擴展僅在代碼信道中的一個信道中產生的導頻符號。
根據本發明的第三方面，DS-CDMA傳輸方法採用代碼多路復用方法，後者通過對多個代碼信道的代碼多路復用而產生某個高位速率的傳輸信道來傳送信號，該DS-CDMA傳輸方法包括步驟對被傳輸的數據集體卷積編碼；將被卷積編碼的信息數據序列集體地寫在每個N×X2間隔上，其中，N為代碼信道數目；在某個方向上寫完Z幀中的全部信息數據之後，其中Z為某個自然數，在和該方向(在該方向上，在Z幀中的全部信息數據在每個Y2間隔上被寫)垂直的某個方向上讀出這些信息數據，其中X2和Y2為自然數，並 ，N×X2×Y2=Z幀中信息數據的總數的關係；並且執行交錯，在交錯後，讀信息數據分布到N個代碼信道上。
根據本發明的第四方面，DS-CDMA傳輸方法採用了代碼多路復用方法，後者通過對多個代碼信道的代碼多路復用處理而產生高比特率傳輸信遭傳送信號，這種DS-CDMA傳輸方法當通過在固定的間隔上將用於相干檢波的信道估算的導頻符號插入到信息符號中為各個代碼信遭裝配幀時，包括步驟將N個代碼信道分為K塊，每塊包含H個代碼信道，其中N為多路復用的代碼信道數目，K為塊數，H為塊中代碼信道的數目，N＝H×K將導頻符號插入同一塊中H個代碼信道各幀的相同位置上；並且一塊一塊地移動插入導頻符號的位置，使得對於K個塊中的全部導頻符號來說，最接近的導頻符號之間的間隔是均勻的。
這裡，當利用導頻符號實現相干檢波的信道估算時，該DS-CDMA傳輸方法可能進一步包括以下的步驟根據該代碼信道所屬的塊中的導頻符號插入模式，利用被插入到信息符號中的導頻符號得到代碼信道中導頻符號的位置上的信道估算值；通過對該塊中的H個代碼信道的信道估算值求平均值，得出每個塊中導頻符號位置上的信道估算值；並且得出被插入到全部代碼信道中的全部導頻符號的導頻符號插入間隔上的關於某個信息數據序列的代碼信道傳遞函數，該傳遞函數是利用(對於全部代碼信道都一樣)塊中導頻符號的位置上的信道估算值，通過插值法得到的。
在這裡，當測量用於實現傳輸功率控制的接收信號功率時，該DS-CDMA傳輸方法可以進一步包括步驟根據該代碼信道所屬的塊中的導頻符號插入模式，利用被插入到信息符號中的導頻符號測量該代碼信道的接收信號功率；
通過對該塊中的H個代碼信道的測量到的接收信號功率求平均值，得出在每個塊中的導頻符號位置上的接收信號功率的測量值；並且利用(對全部代碼信道都一樣)塊中導頻符號位置上的接收信號功率的測量值，實現分布到全部代碼信道上的全部導頻符號的導頻符號插入間隔上的傳輸功率控制。


本發明的上述和其他目的、作用、特徵和優點將通過下面結合附圖對實施例的描述變得更加明確。
圖1說明根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中的信道結構的一個示例；圖2給出根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中信道結構的另一個示例；圖3表示根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中糾錯編碼器實施例的配置；圖4表示根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中糾錯編碼器的實施例的另一種配置；圖5給出根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中發射機實施例的一種配置；圖6給出根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中接收機實施例的一種配置；圖7給出根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中糾錯解碼器實施例的一種配置；圖8給出根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中糾錯解碼器實施例的另一種配置；圖9A說明根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中交錯器的操作；圖9B說明根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中去交錯器的操作；圖10A說明根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中交錯器的操作；圖10B說明根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中去交錯器的操作；圖11說明根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中信道結構的另一個例子；圖12給出圖12A和圖12B的關係；
圖12A說明根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中的一種導頻符號插入模式(當塊數K＝2時)；圖12B說明根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中的一種信道估算方法(當塊數K＝2時)；圖13表示根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中傳輸功率控制時序(當塊數K＝2時)；圖14說明圖14A和14B之間的關係；圖14A給給根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中發射機實施例的另一種配置；圖14B表示根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中發射機實施例的另一種配置；圖15說明圖15A和15B之間的關係；圖15A給出根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中接收機實施例的另一種配置；圖15B給出根據本發明的DS-CDMA傳輸系統中接收機實施例的另一種配置；圖16說明常規的代碼多路復用方法；圖17說明單代碼信道傳輸的幀結構；圖18A給出常規的導頻符號插入模式；圖18B表示常規的信道估算方法；圖19表示常規的傳輸功率控制時序；以及圖20是表示根據本發明的傳輸和接收方法的流程圖。
具體實施例方式
現在將結合附圖描描述本發明。
實施例1圖1給出根據本發明的DS-CDMA傳輸系統的信道結構的一個例子。如圖1所示，具有基本傳輸速率fb的代碼信道的每個幀包含導頻符號和信息數據，其信息速率由擴展因子(處理增益)擴展為寬帶信號。這樣的基本信道的N代碼多路復用使得信息能以N×fb bps的傳輸速率傳輸，假定所有的信道都具有和基本信道相同的質量。在這種情況下，如果某個公共的擴展碼被用來擴展N個代碼信道的導頻符號，就能夠消除各個代碼信道之間的相互關。由於代碼信道在多碼多路復用傳輸中都經受相同的衰落，因此可以共同使用相同的導頻符號。圖2給出了不同於圖1的一種信道結構，在這種結構中，只有一個代碼信道傳輸導頻符號。
圖3給出多碼多路復用傳輸中的糾錯編碼器的方塊圖。外部代碼編碼器1利用並置的糾錯碼的外部代碼對輸入信息數據進行編碼，由交錯器2進行交錯，並通過串行到並行轉換器3分配到N個代碼信道上。接著，對每個代碼信道順序執執行由卷積編碼器4執行的卷積編碼和由交錯器5執行的交錯。圖9A說明DS-CDMA傳輸系統的交錯方法。對每個代碼信道，在Z個幀中的全部信息數據寫入在X1數據方向上，並且在垂直於寫方向的Y1數據方向上被讀出。其中，X1和Y1為自然數，滿足關係N×X1×Y1＝Z幀中的信息數據的總數，並且 。
圖4給出DS-CDMA傳輸系統的發射機的糾錯編碼器的一種配置．如圖3中那樣，輸入信息數據由外部碼編碼器6利用並置的糾錯碼的外部碼進行編碼，並經交錯器7的交錯後輸出。輸出數據集體經卷積編碼器8卷積編碼，並由交錯器9對被卷積編碼的信息系列集體地進行交錯。圖10A說明本DS-CDMA傳輸系統的交錯方法。被卷積編碼的信息數據系列在每個N×Xz周期上被寫入，並且在此之後把全部信息數據寫入到Z個幀中，在每個Y2信息數據周期上從垂直於寫方向的方向上讀出這些數據。其中，X2和Y2為自然數，滿足關係N×X2×Y2＝Z幀中的信息數據的總數，並且 。
此後，串到並轉換器10將交錯後的信息數據分配到N個代碼信道中。
圖5給出DS-CDMA傳輸系統發射機的方塊圖。為了相干檢波的信道估算，每個帖裝配器11在固定的間隔上將導頻符號插入到圖3和圖4所示的每個代碼信道的編碼信息數據中(導頻符號也可以只被插入一個代碼信道中，如果希望這樣做的話)。接著，每個調製器12對數據調製。利用對導頻符號的擴展碼(SC-XLC-Y)以及對各個代碼信道的信息符號的擴展碼(SC-PLC-Y，其中P表示1-N)擴展從每個調製器12中輸出的每個代碼信道的調製數據符號。各個代碼信道的擴展信號由加法器14相加以便傳輸。
圖6給出DS-CDMA傳輸系統的接收機的方塊圖。被接收的擴展信號共同輸入到對應擴展代碼的匹配濾波器15-0，…，15-N中。匹配濾波器15-0利用作為擴展碼複製品的擴展碼(SC-XLC-Y)對接收信號中的導頻符號解擴展。接著，由導頻符號信道估算器16估算出導頻符號的接收相位，該估算器16，利用幀同步裝置17的輸出求出多個導頻符號的平均值。信息符號信道估算器18通過對由導頻符號信道估算器16提供的估算信息的插值運算，在信息符號的每個位置上估算被接收的相位。由於接收信號中的代碼信道經受由於衰落的相同波動，信息符號中的估算相位波動可以共同地用在全部的代碼信道上。另一方面，匹配濾波器15-1至15-N利用不同的擴展代碼(SC-P  LC-Y，其中P表示1-N)作為各個信道的擴展碼複製品，對每個代碼信道上的信息符號解擴展。利用由信息符號信道估算器18提供的信號，每個信道補償器19對利用導頻符號估算出來的接收相位的波動補償代碼信道上解擴展信息符號。在多路徑的配置中，為了組合各個多路徑，使用相位估算器和補償器(17、18和19)，它們利用對應於圖6中所示的N個代碼信道的各導頻信道。來自各個路徑的並且已經由每個信道的信道補償器19對衰落相位波動進行補償的信息符號由RAKE(分離多徑)組合器20進行RAKE組合，RAKE組合器利用各個路徑的估算接收的復包絡線作為權值，將多路徑的分量相加起來。
每個被RAKE組合的信號被輸入到糾錯解碼器中，如圖7和圖8所示。
圖7給出了DS-CDMA傳輸系統的糾錯解碼器的配置。每個被RAKE組合的信號由分別對應每個代碼信道的去交錯器21進行去交錯。圖9B說明DS-CDMA傳輸系統去交錯的方法，在該方法中，讀寫的方向都和圖9A所示的交錯方法中的讀寫方向相反。每個去交錯的信號都由分別對應每個信道的Viterbi(維特比)解碼器22解碼。各個信道的解碼數據經過並對串轉換器23的並對串轉換後，再由去交錯器24進行去交錯，並由外部碼解碼器25進行解碼後輸出。
圖8給出了DS-CDMA傳輸系統的糾錯解碼器的另一種配置。被RAKE組合的N個代碼信道的信號經過並對串轉換器26的並對串變換處理後，集體地由去交錯器27進行去交錯。圖10B說明DS-CDMA傳輸系統的一種方法，在該方法中，讀和寫的方向都和圖10A所示的交錯方法中的讀寫方向相反。去交錯的信號由Viterbi解碼器28集體解碼，再由去交錯器29進行去交錯並由外部碼解碼器30解碼後輸出。
實施例2圖11給出根據本發明的DS-CDMA傳輸系統的信道結構的另一個示例。如圖11所示，具有N個基本傳輸速率fb的代碼信道的每個幀都包含導頻符號和信息數據，其信息速率由擴展因子(處理增益)擴大，由此產生寬帶信號。這些基本信道的N個代碼多路復用使得信息能以N×fb bps的傳輸速率被傳輸，如果所有的信道都具有和基本信道相同的質量的話，其中，N個代碼信道被劃分為K塊，每個塊包含H個代碼信道，其中，N為多路復用的代碼信道數，K為塊數，H為每個塊中的代碼信道數，並且N＝H×K。整數K可以為偶數或奇數。相同塊中的H個代碼信道具有被插在幀中相同位置上的導頻符號。對於代碼信道的不同K個塊中的全部導頻符號，K個塊中導頻符號的插入位置被這樣移動，使得在最接近的導頻符號之間，間隔是一致的。
在本實施例中，輸入信息數據也經過圖3所示的糾錯編碼器的糾錯編碼。此外，採用和圖9A所示的相同方法對數據進行交錯。
圖14A和圖14B給出了DS-CDMA傳輸系統的發射機方塊圖，圖20為傳輸和接收過程(S200-S250)的流程圖。在和該代碼信道所屬的塊的導頻符號插入模式一致的固定間隔上，每個幀裝配器31將用於相干檢波的信道估算的導頻符號插入到由圖3所示的電路提供的每個代碼信道的編碼信息數據中(S200-S210)。由各個調製器32輸出的代碼信道的調製數據符號分別由擴展調製器33利用分配給各個代碼信道的擴展碼(SC-PLC-Y，其中P代表1-N)進行擴展(S215)。各個代碼信道的擴展信號由加法器34相加以供傳輸(S220)。
圖15A和圖15B給出DS-CDMA傳輸系統的接收機方塊圖。被接收的擴展信號共同輸入到對應各擴展碼的匹配濾波器35。匹配濾波器35利用擴展碼(SC-PLC-Y，其中P表示1-N)作為擴展碼複製品，分別為各個信道對代碼信道中的導頻符號和信息符號解擴展(S225)。對應每個代碼信道的多路分用器(DEMUX)36從信息符號中提取被插入到各個塊中的不同位置上的導頻符號(S230)。接著，導頻符號信道估算器37對導頻符號的接收相位進行估算，它利用幀同步裝置38的輸出分別對多個導頻符號之間的每個代碼信息求平均值，同步裝置38根據匹配濾波器35的輸出執行導頻符號的相干檢波(S235)。通過對該塊中各代碼信道的接收相位估算求平均值，得到每個塊中導頻符號位置上接收相位的估算值(S240)。圖12A給出每個塊中的導頻符號插入模式。對所有的代碼信道都一樣，通過利用如圖12B所示的各個塊的導頻符號位置上的接收相位估算值，在全部代碼信道的全部導頻符號的每個插入間隔上進行插值運算，信息符號信道估算器39能得到關於信息數據序列的信道傳遞函數(S245)。由於在信道估算中插值法的減少間隔，這能提高信道估算中對衰落的跟蹤能力。利用由信息符號信道估算器39提供的信號，每個信道補償器40利用導頻符號估算出來的接收相位波動對多路分用器36提供的代碼信道上的信息符號進行補償(S250)。
在傳輸功率控制方面，接收信號功率測量裝置41根據由導頻符號信道估算器37提供的信號，測量每個代碼信道的導頻符號位置上的接收信號功率。接著，將屬於該塊的各代碼信道的接收信號功率的測量值在每個塊中求平均值，由此得到該塊的導頻符號位置上接收信號功率(SIR)的測量值。傳輸功率控制信號發生器42根據該測量值產生傳輸功率控制(TPC)信號。在各個塊中的導頻符號位置上的接收信號功率的測量值被共同用在如圖13所示的全部代碼信道上。這就能夠在被插入到所有代碼信道的全部導頻符號的插入間隔上實現傳輸功率控制，並由於有效地減少傳輸功率控制周期而提高了傳輸功率控制中的衰落跟蹤能力。
在多路徑配置中，估算器和補償器(37、38、39和40)用於組合每個多路徑，它們利用對應如圖15所示的N個代碼信道的導頻信道組。
來自各個路徑並已經由每個信道補償器40對衰落相位波動進行補償的信息符號由各個RAKE組合器43進行RAKE組合，組合器43用各個路徑的估算接收復包絡線作為數值對多路分量相加。每個被RAKE組合的信號被輸入到糾錯解碼器中，如圖7所示。其操作過程和去交錯方法(圖9B)都和實施例1一樣。
權利要求
1.使用代碼多路復用方法的DS-CDMA傳輸方法，該代碼多路復用方法通過對多個代碼信遭的代碼多路復用處理而產生高比特率的傳輸信道來傳輸信號，所述的DS-CDMA傳輸方法包括以下的步驟集體卷積編碼傳輸數據；將被卷積編碼的信息數據序列集體地寫入，每隔N×X2的間隔，其中N為代碼信道數；在某個方向上寫入Z幀中的全部信息數據之後(其中Z為自然數)，在和寫入Z幀中的所述全部信息數據的方向垂直的方向上每隔Y2間隔讀出所述的信息數據，其中X2和Y2為自然數，滿足關係 ，並且N×X2×Y2等於在所述Z幀中的信息數據的總數；並且執行交錯，在交錯後將讀出的信息數據分配到N個代碼信道上。
全文摘要
通過在實現快速信號傳輸的CDMA多路復用中消除插入到代碼信道中的導頻符號之間的互相關,利用導頻符號能夠提高信道估算精度的DS－CDMA傳輸方法。在每個幀裝配器中,在固定的間隔上,將用於相干檢波的信道估算的導頻符號插入到代碼信道上的被編碼的信息數據中,接著進行調製。擴展調製器對由上述調製器輸出的每個代碼信道中的調製數據符號進行擴展,利用擴展碼對導頻符號進行擴展,同時利用不同擴展碼對信息符號進行擴展。
文檔編號H04J11/00GK1351432SQ0113746
公開日2002年5月29日 申請日期1997年5月29日 優先權日1996年5月30日
發明者大川耕一, 大野公士, 佐和橋衛, 上林真司, 奧村幸彥 申請人:Ntt移動通信網株式會社