專利名稱：同步碼分多址的偽噪聲碼選擇的制作方法
享受未決臨時專利申請優(yōu)先權(quán)的要求根據(jù)35 U.S.C.§119(e)，本申請要求享受98年6月29日提交的第60/091070號未決臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，該申請的標題是“同步CDMA的PN碼選擇”，發(fā)明人是Nieczyporowicz、Thomas Giallorenzi和Steven Perkins。這里將這一臨時專利申請的內(nèi)容全部引入作為參考。
關(guān)于這一點，可以參考K.S.Gilhousen的第5751761號美國專利，它的標題是“在變數(shù)據(jù)率系統(tǒng)中產(chǎn)生正交擴頻序列的系統(tǒng)和方法”。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是給出一種改進的技術(shù)，用于提供PN擴頻碼，在CDMA無線電通信系統(tǒng)里使用。
本發(fā)明的另一個目的是提高同步CDMA系統(tǒng)的性能和可靠性。
本發(fā)明的再一個目的是改善PN代碼集的譜特性，用于同步CDMA通信系統(tǒng)里的信道。發(fā)明簡述上述問題和其它問題以及本發(fā)明的目的分別是用本發(fā)明的實施方案中的方法和裝置來解決和達到的。
本發(fā)明的方法能夠提高PN代碼集的譜特性，比方說Hadamard PN代碼集的譜特性，用于同步CDMA通信系統(tǒng)的信道。該方法包括以下步驟(a)提供所述PN代碼集矩陣；和(b)按照一種重新排序模式將PN代碼集矩陣中的列重新排序。該方法可以包括按照一種倒置模式(inversion pattern)倒置重新排序的PN代碼集的至少一個碼字的步驟，還可以進一步包括選擇PN碼，優(yōu)化一個信道子集，工作于異步方式的步驟。
圖2是

圖1所示系統(tǒng)的一個示例性頻率分配圖。
圖3A說明一個示例性的Hadamard(H)矩陣，圖3B說明一個重排序代碼(RC)，圖3C說明本發(fā)明的一個重排序Hadamard(RH)代碼矩陣。
圖4說明本發(fā)明一個示例性的8×8 Walsh代碼矩陣、一個示例性的重排序代碼和得到的重排序Walsh代碼矩陣。
圖5說明本發(fā)明的一個方面中，用于圖4所示重排序Walsh代碼矩陣的一個示例性地倒置模式，以及得到的倒置Walsh代碼矩陣。
圖6是用于重排PN碼的重排序模式或者代碼發(fā)生器和一個移位寄存器的一個簡化框圖。
發(fā)明詳述通過介紹，并參考圖1可知，本發(fā)明中一個優(yōu)選實施方案里的固定無線系統(tǒng)(FWS)10，是基于數(shù)字無線電技術(shù)的。具體而言，這一FWS10采用基于CDMA技術(shù)的直接序列擴頻技術(shù)，通過空中鏈路提供到用戶的本地接入，并用跟有線方式相比非常有競爭力的低成本，提供高質(zhì)量、高可靠性的服務(wù)。FWS 10具有很高的頻譜效率，因此能夠用有限的可用帶寬提供很好的有線質(zhì)量業(yè)務(wù)。大動態(tài)范圍使得FWS 10能部署在皮小區(qū)、微小區(qū)或者小型小區(qū)蜂窩結(jié)構(gòu)里，以非常經(jīng)濟的方式滿足人口稠密的都市、城區(qū)和郊區(qū)人群的需求。
這個FWS 10是一個同步CDMA(S-CDMA)通信系統(tǒng)，其中從無線電基站單元(RBU)12到多個收發(fā)信機單元，在這里叫做用戶或者注冊用戶單元(SU)14，的正向鏈路(FL)，在時間上在碼元或者碼片的級別上相互對齊，其中的SU 14接收這些FL信號，并跟一個信號同步。每個SU 14還在一個反向鏈路(RL)上給RBU 12發(fā)射一個信號，以便讓它跟RBU 12的發(fā)射時序保持同步，從而實現(xiàn)雙向通信。這個FWS10適合用于實現(xiàn)這樣一個通信系統(tǒng)，在RBU 12和SU 14之間傳遞話音和/或數(shù)據(jù)。
SU 14構(gòu)成顧客住宅設(shè)備(CPU)的一部分。這個CPU還包括一個網(wǎng)絡(luò)終端單元(NTU)和一個不間斷電源(UPS)，圖1中沒有畫出來。
RBU 12包括產(chǎn)生多個用戶信號(用戶_1～用戶_n)的電路，圖1中沒有畫出，還包括同步地連續(xù)發(fā)射的邊信道(SIDE_CHAN)信號。所有這些信號都分配了一個相應(yīng)的PN擴頻碼，調(diào)制好以后，交給有一副天線12b的發(fā)射機12a。在FL上發(fā)射的時候，對信號采用了正交相位調(diào)制，并假設(shè)SU 14中有適當(dāng)?shù)南辔唤庹{(diào)器，用于從中獲得同相(I)和正交(Q)分量。RBU 12能夠發(fā)射多個頻道的信號。例如，每一個頻道都有多達128個的代碼信道，其中心頻率在2～3 GHz的范圍內(nèi)。
RBU 12還包括一個接收機12c，這個接收機12c的輸出端跟一個邊信道接收機12相連。這個邊信道接收機12d從接收機12c接收擴頻信號作為輸入，接收一個比例因子信號和一個邊信道解擴PN碼。后面這兩個信號源自一個RBU處理器或者控制器12e。這里的比例因子信號可以是固定的，也可以是自適應(yīng)的，作為正在反向信道上發(fā)射信號的SU 14的個數(shù)的函數(shù)。邊信道接收機12d將一個檢測到/未檢測到信號發(fā)射給RBU控制器12e，說明檢測到了一個SU 14的信號，還輸出一個功率估計值x。一個讀/寫存儲器(MEM)12f跟這個RBU控制器12e雙向連接，用于儲存系統(tǒng)參數(shù)和其它信息，比方說SU時序相位信息和功率估計值。
一個網(wǎng)絡(luò)接口單元(NIU)13通過適合跟本地公共網(wǎng)一起使用的模擬或者數(shù)字干線，將RBU 12跟公共網(wǎng)絡(luò)連接起來，比方說跟公共交換電話網(wǎng)(PSTN)13a連接起來。RBU 12利用E1干線跟NIU 13連接，用同軸電纜跟它的主天線12b連接。如上所述，SU 14通過無線電接口跟RB 12通信。
在所示的實施方案里，SU-RBU空中鏈路在間隔91MHz或者119MHz帶寬的每一個方向上提供間隔2.72MHz(包括保護頻帶總共有3.5MHz)的信道。標稱工作頻帶是2.1～2.3GHz或者2.5～2.7GHz。然而，系統(tǒng)被設(shè)計成使它的頻率可以從1.8GHz變到5GHz，只要跟ITU283.5規(guī)范中一樣，保持頻譜屏蔽和收發(fā)頻率之間的間隔。對于ITU283.5規(guī)范，總共允許有96對頻率，如圖2所示。例如，RBU 12可以在頻帶3，內(nèi)發(fā)射，在頻帶3內(nèi)接收，SU 14在頻帶3內(nèi)發(fā)射，在頻帶3，內(nèi)接收。
利用2.72MHz的帶寬，RBU 12可以同時支持128個34kbps的信道，其頻譜效率為1.6比特/赫茲。在這一總?cè)萘恐?，F(xiàn)WS 10使用8個信道，另外，每個信道的2kbps是系統(tǒng)總開銷。這樣，有效通信容量是120個32kbps的信道。
這一FWS 10的頻譜效率可以是傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)的3到5倍，主要是因為這一FWS 10采用了雙向同步CDMA方式。這一雙向同步方式使得FWS 10能夠使用接近正交的擴頻碼，獲得最大的數(shù)據(jù)容量。
描述了適合采用本發(fā)明的一種技術(shù)環(huán)境，但不限于這種技術(shù)環(huán)境，以后，下面將介紹本發(fā)明。
前面指出，本發(fā)明的一個目的是提高同步CDMA系統(tǒng)，比方說圖1和圖2所示系統(tǒng)，的性能和可靠性。本發(fā)明的主要思路是(a)避免跟Walsh代碼集有關(guān)的不良特性，(b)避免用戶之間存在的相干數(shù)據(jù)導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，和(c)避免可能是異步的一個或者多個信道的有害影響。
首先，通過對Walsh代碼集矩陣的列重新排序，改善本發(fā)明中Walsh代碼集的頻譜特性。
在Walsh代碼集矩陣里(不管是按照本發(fā)明重新排過序的還是擾過頻的)有一列上的元素全部是1。在CDMA系統(tǒng)的正常工作過程中，會出現(xiàn)一些有關(guān)的數(shù)據(jù)(例如一種同步化模式、話音編碼器的一種特定靜寂模式等等)。為了解決這些問題，根據(jù)本發(fā)明，可以將這一Walsh矩陣的一些行倒置過來。這樣做能夠防止全1的那一列導(dǎo)致復(fù)合信號出現(xiàn)很大的相關(guān)峰，存在非線性效應(yīng)的情況下這樣的相關(guān)峰會導(dǎo)致問題(也就是限幅)。
重新排序Walsh集中的代碼有不同的自相關(guān)和交叉相關(guān)特性。在同步CDMA系統(tǒng)里，可能有一個異步信道(例如所述邊信道)，用來將系統(tǒng)的新用戶同步起來，或者將失去同步的那些用戶同步起來，還可能有一些信道，它們有合理的概率工作在異步狀態(tài)或者成為異步的。為了解決這個問題，需要產(chǎn)生一個Walsh代碼集(不管它是按照本發(fā)明重新排序的還是擾亂過的)，這個代碼集有多個代碼字，在所有時間偏移上擁有良好的自相關(guān)和交叉相關(guān)特性。
本發(fā)明一個非常重要的方面是對Walsh代碼集重新排序，而不是簡單地擾亂這個Walsh代碼集。如上所述，擾亂這個Walsh代碼集常常是通過產(chǎn)生跟這個Walsh碼長度相同或者更長的另一個PN碼(比方說前面提到的覆蓋碼)，然后用這個覆蓋碼對這個Walsh代碼集中的每一個碼進行異或運算來完成的。
然而，根據(jù)本發(fā)明的這一思想，對Walsh代碼集的重新排序是通過交換Walsh代碼集矩陣的列來完成的。本發(fā)明還通過將代碼字集中一個或者多個代碼字倒置來避免相干數(shù)據(jù)導(dǎo)致性能下降。本發(fā)明還為同步CDMA系統(tǒng)選擇PN碼，這些PN碼支持(或者最優(yōu)化)CDMA信道的一些子集成為異步信道。
根據(jù)本發(fā)明，通過重新排序操作，Walsh代碼集的平衡特性得以維持，在每個代碼字中(除了全1代碼字以外)，+1的個數(shù)等于-1的個數(shù)。通過倒置一些代碼字，避免了相干數(shù)據(jù)導(dǎo)致性能下降。還有，通過支持異步用戶，這個系統(tǒng)變得更加堅固，更加靈活。
下面更加詳細地描述本發(fā)明，圖3A給出了一個示例性的Hadamard矩陣(將-1看作0)。在此指出，儲存在存儲器中相應(yīng)的值為二進制的1和0。對這些比特進行異或操作，在每一個碼片周期里產(chǎn)生一個0或者1碼片值。然后假設(shè)在以后的調(diào)制步驟里，0和1碼片值被重新轉(zhuǎn)換成-1和+1碼片值。
根據(jù)本發(fā)明，重新排序的Hadmard碼是通過對這個Hadmard矩陣的列重新排序來構(gòu)成的。例如，圖3A的Hadmard矩陣(H)用圖3B所示的重新排序碼(RC)來重新排序，得到的重新排序Hadmard(RH)代碼矩陣用圖3C說明。注意，第三列已經(jīng)移到了第一列的位置，第1列和第二列已經(jīng)向右移動了一列。
在這種情況下，這一重新排序的Hardmard成為代碼重新編號、時間上偏移了的Hadamard。然而，對于8階或者更高階的Hadamards，重新排序產(chǎn)生了完全不同的代碼集。為了產(chǎn)生重新排序代碼，可以通過在代碼的后面放上128，增長一個m序列發(fā)生器的狀態(tài)。也可以采用隨機產(chǎn)生的重新排序代碼。例如，圖6給出了一個隨機數(shù)發(fā)生器16的一個框圖，它輸出一個重新排序模式或者代碼16a給有一個通過有異或功能20的反饋的一個移位寄存器18。
從圖3C可以看出，根據(jù)本發(fā)明，采用重新排序Hadamard碼的一個重要優(yōu)點是，所有代碼，除了全1代碼以外，都是完全平衡的。
顯然，如果在這個CDMA系統(tǒng)里發(fā)射的所有信號都需要擴頻，就應(yīng)當(dāng)舍棄全l代碼字。這樣做使能用的代碼減少了一個。然而，如上所述，可以將一些行倒置，從而防止全1列導(dǎo)致復(fù)合信號中出現(xiàn)很大的尖峰。
重新排序碼可以用圖6所示的任意一種隨機或者偽隨機序列發(fā)生器來產(chǎn)生。例如，產(chǎn)生從1到N(這里的N是Walsh碼的長度，或者比它小一些)的一個隨機序列。然后，每一列Walsh碼都按照它在重新排序模式或者碼序列中的位置重新排序，如圖4所示。
注意，也可以通過將(Walsh碼的)第1列移到第3列，將第2列移到第5列，等等，來重新排序。然而，如果仔細地察看圖4所示的例子，就會清楚這個重新排序碼不是原始Walsh碼的時間偏移版本。
不能通過簡單地將一個覆蓋碼應(yīng)用到原始的Walsh代碼集上去獲得得到的代碼集，注意到這一點是非常重要的，因為獲得全1代碼字的唯一方法是將Walsh集的代碼之一用作覆蓋碼，而且將Walsh集中的一個代碼用作覆蓋碼會改變代碼字的個數(shù)。
倒置代碼字的一個重要目的是在發(fā)射相干數(shù)據(jù)的時候用一種簡單的方式來降低峰值信號電平。參考圖5，為了倒置代碼字，首先定義一個倒置模式。然后將一行中的每一個元素跟它在倒置模式中對應(yīng)的元素相乘來應(yīng)用倒置模式。這樣，重新排序代碼集中的第1行用倒置模式中的第1行相乘，等等。
對于系統(tǒng)10內(nèi)所有信道都發(fā)射相同數(shù)據(jù)的情況(例如一幀開頭的同步模式)，得到的波形是代碼集所有列的和。對于重新排序的代碼集，假設(shè)所有用戶都在發(fā)射1作為數(shù)據(jù)，于是，可以將所有列加起來，判斷發(fā)射的波形是
tx_waveform_reordered_code＝
。
下一步，檢查重新排序的倒置過的代碼集中同樣的情況，結(jié)果如下tx_waveform_reordered_code_w_inversion＝[2 2-6 2 2 2 2 2]。
注意，盡管沒有嘗試優(yōu)化這一示例性的倒置代碼，但是發(fā)射信號的峰從8降到了6(只對幅度感興趣)。盡管這種情況下只是略有改善，但是，針對長度為128的代碼集進行操作的時候，這個峰會從128降到大約75。這會有效地支持相干數(shù)據(jù)而不會限幅。
預(yù)期圖1所示的RBU 12能夠產(chǎn)生圖3A～3C、4和5所示的重新排序(可能是倒置的)代碼，然后將一個或者多個重新排序的代碼分配給需要一個或者多個代碼跟系統(tǒng)進行通信的一個SU 14。例如，RBU控制器12e可以負責(zé)產(chǎn)生和分配重新排序的代碼?；蛘呖梢栽诹硪粋€位置對這些代碼重新排序，然后由RBU控制器12e直接分配給SU 14中發(fā)出請求的那一個。
盡管針對優(yōu)選實施方案介紹了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域里的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，可以改變本發(fā)明的形式和細節(jié)，而不會偏離本發(fā)明的范圍和實質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種方法，用于改善PN代碼集的譜特性，用于同步CDMA通信系統(tǒng)，包括以下步驟提供一個PN代碼集矩陣；和通過按照重新排序代碼交換列，對這個PN代碼集矩陣的列重新排序。
2.權(quán)利要求1的方法，還包括倒置重新排序PN代碼集至少一個代碼字的步驟。
3.權(quán)利要求1的方法，還包括選擇一些PN碼來優(yōu)化信道子集，用于異步方式的步驟。
4.一種同步CDMA通信系統(tǒng)，包括一個無線電基站單元，這個單元能夠跟多個用戶單元進行雙向無線通信；和一個控制器，用于通過按照一個預(yù)定的重新排序碼交換列，以此對Hadamard代碼集矩陣的列進行重新排序，產(chǎn)生譜特性得到了改善的一個重新排序的偽噪聲(PN)代碼集；以及用于分配重新排序PN代碼集的單個代碼字給用戶單元中發(fā)出請求的那一個。
5.權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中的控制器還包括倒置重新排序的PN代碼集中至少一個代碼字的裝置。
6.一種方法，用于改善Hadamard代碼集的譜特性，用于同步CDMA通信系統(tǒng)，包括以下步驟提供一個Hadamard代碼集；和按照一個重新排序碼對這個Hadamard代碼集的列重新排序，產(chǎn)生一個重新排序的Hadamard代碼集。
7.權(quán)利要求6的方法，還包括定義一個倒置模式，并用這個倒置模式倒置重新排序的Hadamard代碼集的至少一個代碼字的步驟。
8.權(quán)利要求6的方法，還包括選擇代碼字來優(yōu)化一個信道子集，用于異步方式的步驟。
9.權(quán)利要求6的方法，包括利用隨機或者偽隨機數(shù)發(fā)生器之一產(chǎn)生重新排序碼的步驟。
10.權(quán)利要求7的方法，其中的倒置步驟包括用相應(yīng)的倒置模式元素去乘重新排序Hadamard代碼集一行每一個元素的步驟。
11.權(quán)利要求7的方法，其中的重新排序Hadamard代碼字是一個N行乘M列矩陣，其中的倒置模式是一個N行乘1列的矩陣。
全文摘要
一種方法,用于改善PN碼的譜特性,用于同步CDMA通信系統(tǒng)里。該方法包括以下步驟:(a)提供一個PN代碼集矩陣;(b)按照一個重新排序碼對這個PN代碼集矩陣的列重新排序。該方法還可以包括按照一種倒置模式對重新排序的PN代碼集中的至少一個代碼字進行倒置的步驟,還可以包括選擇一些PN碼,優(yōu)化一個信道子集,用于異步方式的步驟。
文檔編號H04J13/00GK1307761SQ99807980
公開日2001年8月8日 申請日期1999年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月29日
發(fā)明者L·尼茨波洛維茨, T·吉爾洛倫茲, S·B·佩爾金斯 申請人:L-3通訊公司