專利名稱：發(fā)射和接收方法及無線電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字無線電系統(tǒng)中使用的一種發(fā)射和接收方法，該系統(tǒng)包括至少一個基站和一個用戶終端，借助于發(fā)射和接收信號彼此通信。
本發(fā)明還涉及一個無線電系統(tǒng)，包括至少一個基站和一個用戶終端并帶有發(fā)射和接收數(shù)字信號的發(fā)射機和接收機。
在CDMA(碼分多址)方法中，用一個頻率比數(shù)字信號高得多的擴頻碼把窄頻帶的用戶數(shù)據(jù)信號乘以一個相對寬的頻帶。通過相乘，數(shù)據(jù)信號被擴展到整個在用的頻帶。所有的用戶都使用相同的頻帶同時發(fā)送。本目的是選擇基本上互相正交的擴頻碼，即彼此最小相關(guān)的碼。
以常規(guī)方式實現(xiàn)的CDMA接收機中，利用數(shù)據(jù)信號再次乘以與發(fā)送階段相同的擴頻碼，使它在接收機中恢復(fù)到原來的波段。其它用戶的信號使所收到的信號失真而妨礙對希望接收信號的檢波。在用戶之間產(chǎn)生的這種干擾稱為多址干擾。
在OFDMA(正交頻分多址)方法中，發(fā)射信號的擴頻編碼的符號序列由分布于寬頻帶的副載波進行調(diào)制。OFDMA調(diào)制通常由逆富里葉變換實現(xiàn)。
多徑傳播會導(dǎo)致無線電系統(tǒng)信道上的失真或串音。在CDMA系統(tǒng)中，這種情況可以檢測到。此時，原來與正交擴頻碼進行擴頻編碼的信號，在到達接收機時，不再是正交的，在不同信道的信號間出現(xiàn)串音。在OFDMA系統(tǒng)中，副載波的頻率選擇性衰減妨害了檢波。在CDMA系統(tǒng)中，用干擾消除來校正串音。在OFDMA系統(tǒng)中，頻率選擇性衰減依靠糾錯來補償。
然而，所有消除多徑傳播產(chǎn)生的串音的方法的復(fù)雜性比被處理的信息／位串的數(shù)量增加的更快。所以眾所周知的方法不能解決這一問題。
本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)一種方法和無線電系統(tǒng)，其中它可以減少信息處理數(shù)量，從而能夠更好地消除各種干擾。
依靠前面所述方法可以達到這一目的，其特征在于在發(fā)射時，由副載波按照OFDMA／CDMA方法將信號擴頻編碼并加以調(diào)制；而在接收時，通過使用副載波在多用戶檢波中選擇被檢波的信號來對信號進行解調(diào)和多用戶檢波，從而減少多用戶檢波中的信號數(shù)量。
本發(fā)明的無線電系統(tǒng)特征在于發(fā)射機包括擴頻編碼的裝置以及用副載波按照OFDMA／CDMA方法調(diào)制發(fā)射信號的裝置，而接收機包括以載波信號為基礎(chǔ)的用以選擇可檢波信號的解調(diào)裝置，還包括對接收到的信號進行多用戶檢波的裝置。
本發(fā)明的方法具有很多好處。本發(fā)明的方法通過簡單的接收機實現(xiàn)裝置得到了良好的對信道隔離和信號多徑傳播引起的干擾的承受能力。
下面參照附圖中的例子更詳細地描述本發(fā)明，其中

圖1顯示一個無線電系統(tǒng)；圖2顯示副載波的跳頻；并且圖3顯示一個發(fā)射機和一個接收機的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提供的解決方法特別適用于OFDMA／CDMA無線電系統(tǒng)，然而并不局限于此。
圖1顯示一個典型的數(shù)字無線電系統(tǒng)，它包括基站1、用戶終端2到4和基站控制器5?；?和用戶終端2到4利用信號6到8通信?；?和基站控制器5經(jīng)由數(shù)字傳輸鏈路9通信。用戶終端2到4通常是移動電話?；?和用戶終端2到4之間的信號6到8是由數(shù)字化信息組成的，包括用戶產(chǎn)生的話音或數(shù)據(jù)，或者是無線電系統(tǒng)產(chǎn)生的控制信息。
現(xiàn)在我們更仔細地考察本發(fā)明的方法，它的解決方法是以CDMA／OFDMA方法為基礎(chǔ)的。在數(shù)字無線電系統(tǒng)中，進行基站和用戶終端之間的通信，特別適宜采用CDMA／OFDMA方法。在此方法中，按照CDMA方法進行的傳輸信號的擴頻編碼和按照OFDMA方法進行的副載波信號調(diào)制被恰當(dāng)?shù)亟Y(jié)合起來，并且接著在接收機中對信號解調(diào)和進行多用戶檢波。特別恰當(dāng)?shù)氖?，把多用戶檢波與CDMA／OFDMA方法結(jié)合起來，因為這樣可以把多徑傳播中產(chǎn)生的信號分量隔離開從而限制了可檢波信號的數(shù)量，由此又可以減少多徑傳播所引起的串音。
在本發(fā)明的方法中，按照CDMA擴展信號時所用的方法是，(例如)把與被發(fā)射數(shù)據(jù)相關(guān)的每一個符號相乘，并且包括一位或一位與具有比數(shù)據(jù)更高頻率的擴頻碼V的組合。擴頻碼V，最好(例如)是Walsh／Hadarmad代碼，因為它們之間是彼此正交的，即有最小的互相關(guān)性。把擴頻編碼的符號匯合為一個連續(xù)的擴頻編碼的符號序列，使它們很好地結(jié)合起來。這一方法可以用數(shù)學(xué)方式表達如下U=Σl=1kb1V1=[u0,u1,K,uNS··l]----(1)]]>其中Ns是擴頻碼Vi的長度，而bi在范圍bi 內(nèi)表示傳輸?shù)奈粩?shù)。
接收到的OFDMA信號可以表示成y(nts)=(-1)nΣl=0L-1Σi=0NSHiluiiej2πfINS+11+N(t)---(2)]]>其中fINS+1=fO+INS+iTS]]>，T=T+σ，σ是安全時間，N是副載波的總數(shù)，TS是符號持續(xù)時間，N(t)是一個信號中的噪音之和，而fO是最低副載波頻率。我們可以知道，集合[Hil,ull]]]>是信號集合[y(ntS)(-1)nN]]]>的一個離散的富里葉變換(DFT)。按照現(xiàn)有的技術(shù)，CDMA／OFDMA無線電系統(tǒng)的副載波是由(例如)離散逆富里葉變換從待發(fā)射信號中產(chǎn)生的。DFT隨后又產(chǎn)生一個濾波器庫(filter bank)，其中每個濾波器都適用于一個多路副載波。為了與現(xiàn)有的技術(shù)一致，DFT變換最好以快速富里葉變換即FFT變換實現(xiàn)。因此，就可以用逆FFT變換產(chǎn)生一OFDMA信號。當(dāng)比信道脈沖響應(yīng)更長的安全時間σ在每個符號間恰當(dāng)預(yù)定時，由于與符號持續(xù)時間相比，信道特性的變化更慢，所以在接收中符號不會相混。在出版物中已經(jīng)對CDMA／OFDMA方法有更詳細的描述Performance of CDMA／OFDMA for Mobile CommunicationSystem，Khaled Fazel，IEEE ICUP｀93，975頁到979頁，1993年。該文可作為參考。
根據(jù)本發(fā)明，在接收到CDMA／OFDMA信號時，最好以FFT變換進行OFDMA解調(diào)并使用以下原理進行多用戶檢波X^=sgn H'y=R-1y]]>其中
表示發(fā)射信號的符號／位，H-1是擴頻碼V的互相關(guān)矩陣的逆矩陣，y是在相適應(yīng)的濾波器輸出端所接收到的信號，R-1是一個歸一化(normalized)的互相關(guān)矩陣，而
是相適應(yīng)的濾波器的規(guī)格化輸出，在接收機中常用來校正信道引起的信號失真。
可用多種方法逼近一個理想的接收機。在CDMA系統(tǒng)中，使用了多種方法進行多用戶檢波(MUD)。最常見的方法有線性多用戶檢波、去相關(guān)檢波器和多級檢波器。在以下參考文獻中對這些方法有更詳細的描述Varanasi和Aazhang的《Multistagedetection for asynchronous code division multiple accesscommunications》，來自IEEE Transactions on Communications，vol．38，509頁到519頁，1990年4月；Lupas和Verdu的《Linear multiuser detectors for synchronous code-divisionmultiple access channel》，來自IEEE Transactions on InformationTheory，vol．35，No．1，123頁到136頁，1989年1月以及Lupas和Verdu的《Near-far resistance of multiuser detections inasynchronous channels》，來自IEEE Transactions onCommunications，vol．38，1990年4月。然而，與這些方法相伴隨的是許多需要計算能力的運算，例如矩陣求逆運算。
解決多用戶干擾引起的問題的另一個方法是使用干擾消除(IC)。在IC類型的解決方法中，用戶通常以量級的次序被逐一檢波，通過在檢波下一個用戶之前，先從所收到的傳輸中消除已檢波用戶信號的影響。作為這種方法的例子，專利出版物EP491668可作為參考，其中將以上類型的過程應(yīng)用到一個CDMA蜂窩無線電系統(tǒng)。干擾消除方法比MUD類型的算法計算上更有效，但性能卻更低，特別是在困難的接收條件下(例如在信號電平通常很弱的多徑衰減中)。這些方法最適用于降低來自用戶小區(qū)的干擾并由此而改善系統(tǒng)容量。
在本發(fā)明的方法中，進行多用戶檢波以便減少多址干擾和／或校正頻率選擇衰減，從而提高檢波質(zhì)量。
在本發(fā)明的解決方法中，接收到的信號也按照副載波進行分組或彼此分開。分配給每個信號或用戶一組副載波。這允許為多用戶檢波選擇所需的一組信號或者為檢波只分開出一個信號。此時副載波的作用是減少多用戶檢波中的信號數(shù)量。這就是說，沒有按照擴頻碼來分開信號，而是把用到的全部擴頻碼都分配給所有的用戶。
在本發(fā)明的解決方法中，現(xiàn)有技術(shù)的最大似然(likelihood)(ML)多用戶檢波，或者基于類似原理的多用戶檢波方法，分解擴頻碼，依靠信道估算得出對接收信號的估算，并將這些估算與實際收到的信號加以比較。根據(jù)最接近的估算來決定位或符號。信道估算是以周知的方式得出的，(例如)來自包括預(yù)定符號的導(dǎo)頻信號或參考信號和參考數(shù)據(jù)，或者來自一個或多個直接可檢波信號。
在本發(fā)明的解決方法中，副載波是從頻段中非均勻地選擇出來的。因為可以避開無用的衰減情況(特別是在雙向信道中)，所以這是一個優(yōu)點。進一步地，本發(fā)明的解決方法用于無線電系統(tǒng)的下行方向時，就尤其有益，該無線電系統(tǒng)的基站將信號擴頻編碼和調(diào)制，用戶終端對發(fā)自基站的信號進行多用戶檢波。例如，此解決方法的一個好處是在收到信號時，可以將之分組，以便只檢波其中某一部分。雖然在基站總還要對接收到的全部信號檢波，使得副載波分組沒有用處，但是這種解決方法減少了在用戶終端所執(zhí)行的計算量，從而也就減少了對計算能力的要求和能量消耗。
在本發(fā)明的方法中，以預(yù)定方式改變每個擴頻編碼信號的調(diào)制副載波頻率來實現(xiàn)副載波的跳躍。這樣，就可以按照載波發(fā)生的跳頻方式(即跳躍序列)在接收到信號時把信號彼此分開。這一過程的首要目的是把不同基站多路復(fù)用到同一波段。
在本發(fā)明的方法中，通過基本上均勻利用整個頻段來實現(xiàn)副載波跳頻，這均勻地改善了所有信號的衰減容限。
在本發(fā)明的方法中，在僅一個傳輸信號可以采用的時刻，通過一載波正交地實現(xiàn)副載波跳頻。在一個小區(qū)范圍內(nèi)，這一點很容易實現(xiàn)。這樣就能使接收時的信號碰撞最少。
參照圖2中顯示了OFDMA調(diào)制器輸出處的副載波跳頻。y軸表示頻率，x軸表示時間。在圖2中，可能的副載波頻率c1到c16是均勻的，而副載波20到23本身最好不均勻。作為跳躍的結(jié)果，當(dāng)從瞬時t1到瞬時t3時，對所有信號來說，副載波20到23的頻率都變化了。此外，副載波20到23還均勻地分布在c1到c16這一區(qū)間的頻段內(nèi)。
在圖3中給出了發(fā)射機和接收機的框圖。發(fā)射機TR包括一個串-并轉(zhuǎn)換器30、擴頻編碼裝置31、多路復(fù)用器32、調(diào)制裝置33和天線34。接收機R包括一個天線34、解調(diào)裝置35和多用戶檢波裝置36。發(fā)射機TR和接收機R實現(xiàn)了本發(fā)明的方法。在發(fā)射機方面，把數(shù)據(jù)作為一個位串傳輸給串-并轉(zhuǎn)換器30，后者把串行模式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行模式。我們假定，串-并轉(zhuǎn)換器30產(chǎn)生了并行模式的N位數(shù)據(jù)塊。這些數(shù)據(jù)在裝置31中用長度為M的擴展序列擴頻編碼成一個連續(xù)的數(shù)據(jù)流，31的輸出在多路復(fù)用器32中被求和。被求和的序列由最好是OFDMA調(diào)制器的裝置33使用K個副載波調(diào)制。對K個副載波來說，M＜K為真。副載波調(diào)制出的和信號按照現(xiàn)有的技術(shù)經(jīng)天線34發(fā)射。
在接收機天線34收到信號時，裝置35用FFT變換分解所需的一個或多個信號的副載波調(diào)制。裝置36依照現(xiàn)有的技術(shù)把解調(diào)后的信號提交給多用戶檢波。裝置35在調(diào)制的基礎(chǔ)上把信號分組或分開，然后選擇所需的一個或幾個信號進行檢波。
我們再研究本發(fā)明的解決方法的另一個例子。在此例中，本發(fā)明應(yīng)用于一個無線電系統(tǒng)的下行方向，即從基站到用戶終端的傳輸方向?；居酶陛d波調(diào)制一個傳輸信號并在提供了足夠分集(diversity)來防止選擇性衰減的帶寬上發(fā)射產(chǎn)生的多載波信號。典型地，要使用成十成百的副載波。例如，每個信道／信號預(yù)定8個載波。信號信息也常以某種方式誤碼防護和交織，雖然這對本發(fā)明來說并不重要。待發(fā)射的信息被分成8位的組并且通過8個最好是Walsh-Hadamard序列的正交擴頻碼被擴頻編碼。擴頻編碼信號被求和并且這些8個和信號被連接到副載波調(diào)制器，調(diào)制器中信號被調(diào)制成副載波。如果使用了跳頻，那么副載波調(diào)制器也要以預(yù)定方式對每個信號的副載波進行跳頻。一個信道最好只包括一個信號和一個副載波。在此種情況中，每個信道使用每第10個OFDMA信號用于時間上分開的一個8位組的傳輸。
多符號檢波器中發(fā)生的多用戶檢波中通過檢波信號和估算的信道響應(yīng)提供了8個并行位／符號的檢波。在這一階段，可以使用眾所周知的干擾消除和多徑檢波方法，因為原來正交的擴頻碼已經(jīng)由于多徑傳播不再正交。當(dāng)已經(jīng)知道信道響應(yīng)和擴頻碼時，可以減輕串音。出現(xiàn)在一個蜂窩內(nèi)部信道之間的串音，僅源于多徑傳播。然而，由于信號維持時間相對較長，這種串音是可以忽略的。
在本發(fā)明的解決方法中，副載波調(diào)制最好作為線性調(diào)制實現(xiàn)，例如相位和振幅調(diào)制。
本發(fā)明的解決方法可以用ASIC或VLSI電路實現(xiàn)，特別是在進行數(shù)字信號處理時更是這樣。實施的功能最好通過基于微處理器技術(shù)的軟件來實現(xiàn)。
雖然上面參照附圖的例子描述了本發(fā)明，但是可以知道，本發(fā)明并不局限于此。在附加的權(quán)利要求書中公布的本發(fā)明思想的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以采用各種方式更改。
權(quán)利要求
1．在數(shù)字無線電系統(tǒng)中使用的一種發(fā)射和接收方法，該系統(tǒng)至少包括一個基站(1)和一個用戶終端(2到4)，依靠發(fā)射和接收信號(6到8)進行彼此之間的通信，本方法的特征在于在發(fā)射方面，按照OFDMA／CDMA方法由副載波(20到23)對信號(6到8)進行擴頻編碼和調(diào)制；而在接收方面，通過使用副載波(20到23)在多用戶檢波中選擇被檢波的信號來對信號(6到8)進行解調(diào)和多用戶檢波，從而減少了多用戶檢波中的信號數(shù)量。
2．權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于在接收方面，由于多址干擾和頻率選擇性衰減引起信號(6到8)質(zhì)量發(fā)生變化，對可檢測信號進行多用戶檢波以便減少多址干擾和／或校正選擇性衰減。
3．權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于在接收方面，以副載波(20到23)為基礎(chǔ)，選擇被檢波的一預(yù)定信號組。
4．權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于在接收方面，以副載波(20到23)為基礎(chǔ)，只選擇一個信號進行檢波。
5．權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于由于副載波(20到23)保留了給定的頻段，在此頻段中非均勻地選擇副載波。
6．權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于該方法尤其使用在一個無線電系統(tǒng)的下行方向中，用基站(1)對信號(6到8)進行擴頻編碼和調(diào)制以及用戶終端(2到4)對信號(6到8)進行多用戶檢波。
7．權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于在調(diào)制時，以預(yù)定方式改變每個擴頻編碼信號(6到8)的調(diào)制副載波(20到23)以便副載波(20～23)完成跳躍。
8．權(quán)利要求7中所述的方法，其特征在于副載波(20到23)的跳頻是通過基本上均勻利用整個頻段實現(xiàn)的。
9．權(quán)利要求7中所述的方法，其特征在于副載波(20到23)的跳頻是在僅一個傳輸信號可以采用的時刻通過一副載波正交地實現(xiàn)。
10．權(quán)利要求7中所述的方法，其特征在于在接收時利用副載波(20到23)的跳躍序列選擇被檢波的單個或多個信號。
11．一個至少包括一個基站(1)、一個用戶終端(2到4)以及發(fā)射和接收數(shù)字信號(6到8)的發(fā)射機(TR)和接收機(R)的無線電系統(tǒng)，其特征在于發(fā)射機(TR)包括用于擴頻編碼的裝置(31)和用于按照OFDMA／CDMA方法由副載波(20到23)調(diào)制發(fā)射信號(6到8)的裝置(33)，并且接收機(R)包括以副載波(20到23)為基礎(chǔ)用于選擇可檢波信號的解調(diào)裝置(35)以及用于對接收到的信號進行多用戶檢波的裝置(36)。
12．權(quán)利要求11中所述的無線電系統(tǒng)，其特征在于接收機(R)用于實施多用戶檢波以便在多址干擾和頻率選擇性衰減引起的信道中信號質(zhì)量變化時減少多址干擾和／或校正選擇性衰減。
13．權(quán)利要求11中所述的無線電系統(tǒng)，其特征在于以副載波(20～23)為基礎(chǔ)，解調(diào)裝置(35)用于選擇一被檢波的預(yù)定信號組。
14．權(quán)利要求11中所述的無線電系統(tǒng)，其特征在于解調(diào)裝置(35)以副載波(20到23)為基礎(chǔ)，用于只選擇一個被檢波信號。
15．權(quán)利要求11中所述的無線電系統(tǒng)，其特征在于由于副載波(20到23)保留一特定的頻段，調(diào)制裝置(33)用于從該頻段中非均勻地選擇調(diào)制副載波(20到23)。
16．權(quán)利要求11中所述的無線電系統(tǒng)，其特征在于基站(1)是發(fā)射機(TR)，而用戶終端(2到4)是接收機(R)。
17．權(quán)利要求11中所述的無線電系統(tǒng)，其特征在于調(diào)制裝置(33)以預(yù)定方式改變調(diào)制每個擴頻編碼信號的副載波(20到23)，從而實現(xiàn)副載波(20到23)的跳躍。
18．權(quán)利要求17中所述的無線電系統(tǒng)，其特征在于由于副載波(20到23)保留了一特定的頻段，調(diào)制裝置(33)用于基本上均勻地利用整個頻段來完成副載波跳躍。
19．權(quán)利要求17中所述的無線電系統(tǒng)，其特征在于調(diào)制裝置(33)用于在僅一個傳輸信號可以采用的時刻，通過以一個副載波(20～23)正交地實現(xiàn)副載波跳躍。
20．權(quán)利要求17中所述的無線電系統(tǒng)，其特征在于解調(diào)裝置(35)利用副載波(20到23)跳躍序列來選擇檢波的一個或多個信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)射和接收方法以及一個無線電系統(tǒng)。在發(fā)射機(TR)中,被發(fā)射的信號(37)在裝置(31)中擴頻編碼,并且在裝置(33)中由副載波加以調(diào)制。在接收機(R)中,信號在裝置(35)中解調(diào),并由副載波交給裝置(36)中的多用戶檢波,以便限制在裝置(35)中的可檢波信號數(shù)量。接收機(R)為了減少多址干擾和校正頻率選擇衰減而使用多用戶檢波。
文檔編號H04B1/707GK1205142SQ97191375
公開日1999年1月13日 申請日期1997年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月5日
發(fā)明者漢努·哈奇南, 阿里·豪蒂南, 米考·克考南, 里斯托·威奇曼 申請人:諾基亞電信公司