專利名稱：共用時分導頻同步正交碼分多址信道結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于碼分多址(CDMA)通信領(lǐng)域，包括蜂窩移動通信和固定無線接入。
本發(fā)明涉及共用時分導頻同步正交碼分多址信道結(jié)構(gòu)，是一種嶄新的CDMA通信信道組織結(jié)構(gòu)，特別是對于向?qū)拵Оl(fā)展的CDMA通信來說，可以大大提高導頻信號的接收性能和系統(tǒng)資源利用效率。
任何無線多址通信系統(tǒng)必須進行合理的空中接口設(shè)計。碼分多址通信系統(tǒng)空中接口無線信道的組織方式對系統(tǒng)性能和資源利用效率致關(guān)重要。直接序列擴頻碼分多址通信的接收一般有相干和非相干兩種，傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)的前向無線鏈路的組織結(jié)構(gòu)一般采用碼分導頻方式，以使移動臺方可以方便地進行相干接收，北美CDMA蜂窩系統(tǒng)標準EIA/TIA IS-95(簡稱IS-95)中就是如此，但其反向鏈路無導頻信號，仍然只能進行非相干接收。北美寬帶CDMA標準EIA/TIAIS-665(簡稱IS-665)除在前向鏈路中采用與IS-95同樣的碼分導頻方式外，其反向鏈路也采取了同樣的導頻方案，每個移動臺接入信道和業(yè)務(wù)信道中都附加了一個不攜帶任何信息的導頻信號，使基站方也可以方便地實現(xiàn)相干接收。
直接序列擴頻碼分多址通信系統(tǒng)空中接口信道的組織方式一般還分為同步和非同步兩種，同步信道結(jié)構(gòu)中各用戶信道間保持嚴格的碼片(chip)定時關(guān)系，非同步信道結(jié)構(gòu)中各用戶信道獨立地隨機發(fā)送信息，相互間不具有定時上的依賴關(guān)系。同步信道可以通過正交設(shè)計消除多址干擾的影響，碼分多址系統(tǒng)中的前向信道(下行鏈路)一般采用同步方式。由于反向信道(上行鏈路)各用戶間關(guān)系獨立，采用非同步方式居多，也可以由前向信道通過發(fā)送時間修正命令進行時間調(diào)整，達到同步的目的，以利用正交碼的特性。
雖然碼分多址通信中導頻信道的設(shè)立為接收機的快速接入和相干接收提供了便利，由于傳統(tǒng)的導頻都是碼分結(jié)構(gòu)的，存在的一個嚴重缺點是資源利用率低，尤其在寬帶碼分多址中更加突出。
IS-95和IS-665的前向鏈路中除導頻信道外，還包含一個同步信道和若干個尋呼信道，均以碼分的方式存在，即每個信道占用一個碼道，或使用一個擴頻邏輯信道。為保證導頻信號的可靠性，也即接收端的導頻信號具有較高的信噪比，導頻信道的功率應占總射頻功率的20％-25％，這一大功率的信號不僅成為業(yè)務(wù)信道的一項嚴重干擾，對于以系統(tǒng)功率作為主要資源的CDMA系統(tǒng)來說，無疑是一項不可忽視的開銷，除此之外，系統(tǒng)還要承擔幀結(jié)構(gòu)中幀同步的開銷。
本發(fā)明的目的在于提供一種新的CDMA信道組織結(jié)構(gòu)，可以從根本上克服現(xiàn)有CDMA信道體制的上述缺陷。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是以時分導頻結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，是碼分與時分的結(jié)合，應用于同步CDMA方式，稱做同步時分導頻方式。一個射頻信道稱做一個物理信道，一個物理信道中可以采用碼分的形式同時傳輸若干個邏輯信道。邏輯信道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以是引導用戶接入的接入信號，稱做接入信道，也可以是用戶所要傳輸?shù)男盘枺Q做業(yè)務(wù)信道。
信道構(gòu)成的基本原理是將每個邏輯信道中的導頻信號和已擴頻的待傳輸數(shù)據(jù)進行時分復用，分幀進行通信。所謂分幀是將數(shù)據(jù)符號流按照固定時間長度進行分段，再按照固定格式進行組裝，每一段的時間長度稱為幀周期，所遵循的組裝格式稱為幀格式。本發(fā)明中，每個邏輯信道的一幀包含兩個域，導頻域和數(shù)據(jù)符號域。導頻域中傳送的是導頻符號，起同步作用，不攜帶用戶信息；數(shù)據(jù)符號域中傳送的是待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)部分，可能包括的內(nèi)容有用戶數(shù)據(jù)，必要的信令，同步信息，尋呼信息，功率控制命令，前向糾錯編碼符號等等，不排除劃分成子域的可能。對分幀后的幀數(shù)據(jù)(包括導頻符號和數(shù)據(jù)符號)進行擴頻處理，擴頻處理過程中，對導頻域和數(shù)據(jù)符號域采用不同的處理方式，同一射頻物理信道中，所有邏輯信道的導頻符號和擴頻序列均相同，而在數(shù)據(jù)符號域期間，除進行常規(guī)擴頻外，還附加正交碼分離，每一邏輯信道分配一特定的正交序列，保證各邏輯信道間具有正交性。擴頻序列可以是任意偽隨機序列。擴頻序列的周期既可以與導頻信號的長度相同，也可以與幀周期相同。導頻信號由本射頻物理信道中的所有邏輯信道共用，即所有邏輯信道中的導頻信號均相同。導頻信號可以純粹是一段或一個整周期的偽隨機序列，也可以是用偽隨機序列時采種特定數(shù)據(jù)進行擴頻后的信號，這一特定數(shù)據(jù)可以稱做同步頭或其他。不同邏輯信道的數(shù)據(jù)域采用正交碼進行區(qū)別。
綜上所述，本發(fā)明的基本特征是●導頻信號與已擴頻數(shù)據(jù)信號采用時分復用方式●所有邏輯信道共用同一時分導頻信號●不同邏輯信道的數(shù)據(jù)符號域采用正交碼進行分離多址干擾是CDMA通信的基本問題。為能引導接收機順利接入并進行相干接收，導頻信號在系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色?；诖a分結(jié)構(gòu)的信道結(jié)構(gòu)中，導頻信號同樣承受著來自于其它邏輯信道(或稱碼道)的干擾，為保證導頻的高可靠性，不得不加大其功率比例以提高其信號干擾功率比(信干比)，IS-95中，導頻信號的功率占總射頻功率的20％-25％，而在邏輯上，導頻信號與其它信道(如同步、尋呼、業(yè)務(wù)信道)一樣同是一個碼道或一個邏輯信道，所不同的是其不攜帶任何數(shù)據(jù)信息，但占據(jù)的功率卻比普通信道要大的多，不僅是對系統(tǒng)資源的過多占用，同時也成為其它普通信道的一項不可忽視的強干擾成分。
共用時分導頻同步正交碼分多址信道結(jié)構(gòu)采用時分方式安排導頻信號，并且各邏輯信道(或稱碼道)共用相同的導頻，同一小區(qū)(或稱蜂窩)中，導頻信號不承受任何多址干擾，即非衰落環(huán)境下導頻信號所承受的多址干擾成分為0，無須提高功率即可保證極高的信干比，即使為某種目的增加導頻功率也不會成為數(shù)據(jù)符號域內(nèi)業(yè)務(wù)信號的干擾。因此，本發(fā)明對于充分發(fā)揮CDMA系統(tǒng)的工作效能、提高系統(tǒng)資源利用效率有著非常積極的現(xiàn)實意義和應用價值。
本發(fā)明的意義不僅限于資源利用率的提高，由于導頻信號在邏輯上與各邏輯信道(或碼道)同屬于一個信道，接收機僅用一路相關(guān)器即可實現(xiàn)多種功能，而不必像碼分導頻結(jié)構(gòu)那樣不得不用兩路相關(guān)器進行切換。在正常通信的同時，接收機可以自然地接受導頻信號的引導和矯正。導頻信號的這種自導頻機制，對于簡化接收機復雜度是非常有利的。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例將結(jié)合附圖詳細說明如下。
圖1所示為任一邏輯信道擴頻前的數(shù)據(jù)符號幀格式，下標k代表第k個邏輯信道。通信的數(shù)據(jù)流可以由連續(xù)的基本幀組成，也可以將若干個基本幀組成超幀進行傳輸。超幀形式下，圖1所示的幀為一個子幀。一幀由兩個域組成PILOT(導頻符號)域和SYMBOL(數(shù)據(jù)符號)域。PILOT代表導頻符號，可以是任意形式的二進制數(shù)據(jù)符號，長度為TP(導頻信號時間長度，單位為秒)。幀的總長度為TF(幀周期長度)秒。SYMBOL代表一幀中所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號，可以是未經(jīng)糾錯編碼的數(shù)據(jù)，也可以是包括糾錯編碼在內(nèi)的數(shù)據(jù)符號。SYMBOL域中可能包含的數(shù)據(jù)符號有同步信號、尋呼信號、信令信號、功率控制(或稱功率平衡)命令、用戶數(shù)據(jù)(話音或數(shù)據(jù))、糾錯編碼符號，等等。
圖2示出了一個射頻物理信道中所包含的K個邏輯信道幀結(jié)構(gòu)在時間上的邏輯關(guān)系。每個邏輯信道的數(shù)據(jù)域采用正交碼進行分離，圖2中walsh(第K個walsh正交函數(shù))函數(shù)僅是一種示意，可以采用任意形式的正交碼實現(xiàn)不同邏輯信道的分離。同一個PILOT域與相應時間段的偽隨機擴頻序列的乘積作為所有K個邏輯信道的導頻信號，因此，所有K個邏輯信道的導頻信號均相同。由圖2可以看出，K個邏輯信道的時間波形進行疊加后，導頻信號并未受到其他碼道信號的干擾，即導頻信號所承受的多址干擾為0，因此，很低的導頻信號功率即可保證高可靠的導頻性能。導頻信號與SYMBOL域內(nèi)的已擴頻信號相互間不構(gòu)成干擾。
圖3所示為第k個邏輯信道的信道結(jié)構(gòu)(1≤k≤K)。該圖說明了一個邏輯信道幀格式的實現(xiàn)過程。所有K個邏輯信道具有相同的信道結(jié)構(gòu)，輸出進入中頻或射頻調(diào)制，調(diào)制方式不限。為能實現(xiàn)圖2所示的K個邏輯信道的信號疊加后的時間波形，圖中某些邏輯信道中的PILOT可以設(shè)為全0。
以上對圖1到圖3的說明清楚地描述了共用時分導頻CDMA信道的組成原理及實現(xiàn)過程。
本發(fā)明的保護不受圖1到圖3實施例所描述特征的限制，而且包括其他的變形，以及在權(quán)利要求書范圍內(nèi)的變更。


圖1為單一邏輯信道(或碼道)的數(shù)據(jù)符號幀格式圖2為共用時分導頻同步正交CMDA信道的幀結(jié)構(gòu)圖。
圖3為共用時分導頻同步正交CMDA信道結(jié)構(gòu)圖。
本發(fā)明的積極效果1．本發(fā)明的信道組織方案可以使導頻信號所承受的多址干擾為0，無須提高導頻信號功率即可保證可靠的導頻性能，使系統(tǒng)效能得以極大的提高。2．可使導頻、同步、尋呼以及各種可能的信令進行適當合并節(jié)省系統(tǒng)資源，還可使擴頻物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的部分功能合并，節(jié)省幀同步開銷，縮短接入時間，大大提高系統(tǒng)資源效率。
權(quán)利要求
1．共用時分導頻同步正交碼分多址(CDMA)信道結(jié)構(gòu)，其特征在于(1)采用時分和碼分相結(jié)合的方式組織信道，(2)各邏輯信道采用時分方式共用同一導頻信號，(3)不同邏輯信道之間采用碼分方式，利用正交碼進行分離，僅分離數(shù)據(jù)符號域部分。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的共用時分導頻同步正交碼分多址(CDMA)信道結(jié)構(gòu)，其特征在于采用時分方式設(shè)置導頻信號，各不同邏輯信道中的數(shù)據(jù)分幀傳送，每幀分為導頻域和符號域，導頻域期間經(jīng)擴頻后的信號稱為導頻信號，所有邏輯信道中的導頻信號均相同。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的共用時分導頻同步正交碼分多址(CDMA)信道結(jié)構(gòu)，其特征在于時分導頻信號由偽隨機序列和每幀中的導頻符號(PILOT)的乘積構(gòu)成，通過改變導頻符號或相應的偽隨機序列都可得到不同的導頻信號。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的共用時分導頻同步正交碼分多址(CDMA)信道結(jié)構(gòu)，其特征在于數(shù)據(jù)分幀傳送，每幀中的符號域采用正交碼進行分離。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的共用時分導頻同步正交碼分多址(CDMA)信道結(jié)構(gòu)，其特征在于每幀中的導頻信號不進行正交碼調(diào)制，所有不同邏輯信道的導頻信號均相同。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的共用時分導頻同步正交碼分多址(CDMA)信道結(jié)構(gòu)，其特征在于擴頻序列的時間周期既可以等于導頻信號的時間長度，也可以等于一個幀周期的時間長度。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的共用時分導頻同步正交碼分多址(CDMA)信道結(jié)構(gòu)，其特征在于用于分離邏輯的信道的正交碼可以是任意形式的正交碼，并不限于實施例中的walsh函數(shù)。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的共用時分導頻同步正交碼分多址(CDMA)信道結(jié)構(gòu)，其特征在于應用于導頻域和符號域中的擴頻序列既可以是同一偽隨機序列，也可以是不同的偽隨機序列。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的共用時分導頻同步正交碼分多址(CDMA)信道結(jié)構(gòu)，其特征在于導頻信號的功率可以根據(jù)信道的實際情況任意調(diào)整，而不對數(shù)據(jù)符號域造成干擾，也即，正常業(yè)務(wù)通信不受導頻信號功率大小的影響。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的共用時分導頻同步正交碼分多址(CDMA)信道結(jié)構(gòu)，其特征在于數(shù)據(jù)符號域內(nèi)的信號功率可以根據(jù)信道的實際情況和用戶對服務(wù)質(zhì)量的要求任意調(diào)整，而不會對導頻信號的接受質(zhì)量造成影響。
全文摘要
本發(fā)明涉及共用時分導頻同步正交碼分多址(CDMA)信道結(jié)構(gòu)。采用時分和碼分相結(jié)合的方式組織信道,各邏輯信道采用時分方式共用同一導頻信號,不同邏輯信道之間采用碼分方式,利用正交碼分離各邏輯信道的數(shù)據(jù)符號域。本發(fā)明方案可以使導頻信號免受多址干擾的影響,從而提高導頻信號的可靠性。本發(fā)明方案應用于同步CDMA方式。
文檔編號H04J3/00GK1212537SQ9810302
公開日1999年3月31日 申請日期1998年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月17日
發(fā)明者胡捍英, 鄔江興 申請人:中國人民解放軍信息工程學院