專利名稱：用于使用碼分多址通信的全雙工無線傳輸系統(tǒng)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于使用碼分多址通信的全雙工無線傳輸系統(tǒng)的方法及裝置，該系統(tǒng)具有一個中心基站及多個彼此獨立的用戶站。
在使用一個中心基站及多個彼此獨立的外部站或用戶站工作及能在兩個方向上全雙工地傳輸信息的無線支持的信息系統(tǒng)的范圍內(nèi)，為各用戶確定的信息通常在下行通信時在一個信道中被多路傳輸，及在上行通信時作為存取系統(tǒng)組織地傳輸。例如，作為這種系統(tǒng)的有移動無線系統(tǒng)，射束無線系統(tǒng)，點對多點定向無線系統(tǒng)及無線本地環(huán)路系統(tǒng)。對于多路傳輸或多重存取總是使用彼此正交的信號空間，例如-頻率多路傳輸或FDMA存取(頻分多址)系統(tǒng)-時間多路傳輸或CDMA存取(碼分多址)系統(tǒng)或SSMA(擴(kuò)頻多址)系統(tǒng)-空間多路傳輸或存取系統(tǒng)。
這些系統(tǒng)的區(qū)別在于由及向各個用戶傳輸?shù)男畔⒃诜珠_的頻率、時間、碼或空間區(qū)段中進(jìn)行。并且在一個系統(tǒng)中重疊的、耦合的或各個不同的多路傳輸及存取技術(shù)，即所謂混合方法也是公知的。視應(yīng)用及實施而定，使用這些方法可實現(xiàn)傳輸不同的參數(shù)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
在CDMA系統(tǒng)中，有效信號通過與一個展開函數(shù)的邏輯連接被編碼，其中對于每個用戶站選擇一個固有的與另一展開函數(shù)正交的展開函數(shù)。在此情況下，該邏輯連接譬如是通過一個異或門來實現(xiàn)的。在接收側(cè)則可通過已知的被分配的展開函數(shù)來解碼該編碼信號，其中根據(jù)正交性另外用戶站的編碼有效數(shù)據(jù)在解調(diào)過程中將變?yōu)榱?。在CDMA系統(tǒng)中特別有利的是，所有用戶可在相同頻帶中工作及在頻帶中可容許相對高的干擾功率。此外在一定條件下可作到，相鄰的無線單元可在相同的頻帶上工作。其缺點是，通常形成多用戶干擾，這在實際中是通過實施的問題，如帶限、各個發(fā)射之間的電平區(qū)別、多路傳輸?shù)刃纬傻?，并?dǎo)致正交性的損失。在所觀察的無線系統(tǒng)中基本上應(yīng)注意由于外部站離中心站不同的距離產(chǎn)生不同的信號延時，在基站接收機(jī)中通常得到一個異步接收狀態(tài)，它大大地加重了干擾，以致在理想條件下在上行通信中也得不到碼正交性。在此情況下，在上行通信中一個頻帶內(nèi)的同時發(fā)射的最大數(shù)目M近似一個DS-CDMA系統(tǒng)，如下式估算M=PG/(Eb/No)，式中PG是過程增益或展開系數(shù)，及Eb/No是為力圖達(dá)到的誤碼率在解調(diào)器中所需的位能與干擾功率的比例。展開系數(shù)為t位與t芯片的比例，其典型值在10至104之間。
在一個例子中假定Eb/No為3，即相應(yīng)于5dB，因此相對一個相同占用帶寬，上行通信相對下行通信或相對TDMA或FDMA系統(tǒng)僅能提供約1/3的傳輸能力，這時假定后者是正交信號。
已經(jīng)公知了一些不同的方法，它們能減少上述異步CDMA方法的缺點，例如外部站這樣地同步，即它們的發(fā)送信息可在基站的接收機(jī)中被芯片同步地處理。此外提出干擾消除器的實施，它通過數(shù)學(xué)算法事后地消除由于各種先驗或后驗知識引起的并列傳輸?shù)母蓴_分量。另外還建議使用多用戶檢測器。所有這些公知方法的缺點是非常高的實施成本。
因此本發(fā)明的目的在于提出一種在使用CDMA存取的無線傳輸系統(tǒng)中用于同步的方法及裝置，借助它們可用低實施成本減小在上行通信工作時無線基站中的低用戶干擾。
該技術(shù)問題(目的)的解決將通過權(quán)利要求1及9中的特征來實現(xiàn)。對此的前提是以時分多址工作的無線傳輸系統(tǒng)，其中在一個信道內(nèi)的發(fā)送及接收在時間上是彼此分開的，這就實質(zhì)地簡化了操作的控制。為了所有用戶站的同步，無線基站發(fā)送一個專用于該無線傳輸系統(tǒng)的、在實際數(shù)據(jù)傳輸前面的用于所有用戶站的前序信號形式的最大序列或金序列。因為用于直接個人用戶的系統(tǒng)控制的信息，例如呼叫建立及類似信息傳輸?shù)揭粋€中心業(yè)務(wù)信道，則可以對于所有用戶站使用一個共同的前序信號。該前序信號可無另外系統(tǒng)參數(shù)限制地以實質(zhì)上改善的信/噪比被檢測，因為沒有多用戶干擾及可附加相干地傳輸與用戶有關(guān)的信號功率，這就在用戶站中引起了高的識別可靠性。在那里接收到的前序信號將被輸送給一個匹配或校正濾波器，后者的輸出信號在超過一個確定的幅度閾值時用作為觸發(fā)判據(jù)。本發(fā)明的其它有利構(gòu)型可由從屬權(quán)利要求中得到。
通過所獲得的同步信息的時間通告及使用兩個相繼的前序信號之間已知的精確值在用戶站中足夠脈沖穩(wěn)定性的情況下實現(xiàn)實質(zhì)上大的精確度，因為在用匹配濾波器簡單檢測時可出現(xiàn)直至0.5×芯片持續(xù)時間t芯片的時間不精確性。
在上行通信時同步信息與有效數(shù)據(jù)并列的傳輸由于同步信息未先驗地或未足夠地已知而變難，由此它的增益導(dǎo)致對實際有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)漠惒礁蓴_狀態(tài)。為了避免這點，在發(fā)送及接收周期的空載時間內(nèi)所有并列的有效用戶站僅同時地發(fā)送一個同步信息，由此，由于實質(zhì)上無干擾的傳輸就能可靠地檢測時間信息。對此有時該空載時間必須稍微延長，但鑒于改善檢測這是可替換的。
通過在發(fā)送側(cè)符號移動一個采樣值，然而在基站接收機(jī)中時間上固定地按符號進(jìn)行的匹配濾波，將同步信息的時間分辨率或精確度改善到僅在一個脈沖內(nèi)至一個采樣值t采樣，而在傳統(tǒng)監(jiān)測時它可達(dá)到0.5×t芯片。
為了避免數(shù)據(jù)沖突，無線基站通過中心業(yè)務(wù)信道向用戶站發(fā)送一個狀態(tài)信號，該用戶站則隨后應(yīng)向其發(fā)送它的同步序列。在通過無線基站對信號延時評估后，該基站通過業(yè)務(wù)信道傳送對于上行通信傳輸?shù)膫€別用戶的開始時刻。
在該方法的另一有利構(gòu)型中，對于數(shù)據(jù)的碼展開不僅在上行通信時而且在下行通信時使用一個符號長度的正交的金序列，它可相對簡單地產(chǎn)生。此外，該正交金序列具有確定的交叉相關(guān)特性，它將導(dǎo)致其中同步機(jī)制失靈的用戶站對其它并列的發(fā)送不引起實質(zhì)性的干擾。另外這相對Walsh序列及類似序列具有均勻頻譜功率分配的優(yōu)點，這尤其在短序列時有意義。
對于蜂窩結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，對位于相對側(cè)無線干擾區(qū)域的無線基站在發(fā)送胺收周期方面的同步是有利的。尤其當(dāng)無線基站或用戶站基于暴露的幾何位置彼此具有視線時更是如此，否則就可能在另外每個無線蜂窩單元引起顯著的干擾值。同步譬如可通過GPS或在無線網(wǎng)中繼續(xù)傳播的信標(biāo)信號來實現(xiàn)。
該方法能特別有利地在無線本地環(huán)路系統(tǒng)中實施，因為用戶站的固定性能以相對小的無線信道特性的時間變化被充分利用。
以下將借助優(yōu)選實施例來詳細(xì)描述本發(fā)明。附圖為

圖1在用于一個用戶站的下行通信時一次發(fā)送的信號波形圖，圖2在用于n個用戶站的下行通信時一次發(fā)送的信號波形圖，圖3在一個用戶站中的匹配濾波器輸出端上的信號概要波形，圖4用于上行通信時同步的換態(tài)方法的示圖，圖5一個上行同步序列的結(jié)構(gòu)，圖6根據(jù)圖5的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)示圖，及圖7一個無線基站的匹配濾波器輸出端上的信號概要波形。
在圖1中表示出一個基站向一個用戶站一次發(fā)送的信號隨時間變化的波形圖。該信號包括一個前序信號1及一個數(shù)據(jù)2，它們以幅值PT被發(fā)送。在此情況下該前序信號1是一個無線系統(tǒng)專用的最大序列或金序列，它由基站產(chǎn)生。數(shù)據(jù)2代表用于用戶站的實際有效數(shù)據(jù)。因為用于直接個人用戶的系統(tǒng)控制的信息被傳輸?shù)揭粋€中心業(yè)務(wù)信道中，可以對于所有用戶站使用一個共同的前序信號。
圖2表示在用于所有n個用戶站的下行通信時發(fā)送的信號波形圖。因為基站同時地向所有n個用戶站發(fā)送，就引起信號波形的相應(yīng)重疊。由于對于一個業(yè)務(wù)信道中的所有用戶站發(fā)送一個共同的前序信號，這就引起相干地相加及其幅值為P1～n2PT。有效數(shù)據(jù)的相應(yīng)于所使用的碼調(diào)制進(jìn)行重疊，及幅度與此相應(yīng)地變化，其中平均值近似為P2～nPT。
為了求得第一同步信息，由每個用戶站接收的前序信號1被傳送到一個匹配濾波器，借助它可求出接收質(zhì)量。在圖3中表示出一個用戶站的匹配濾波器輸出端的典型信號波形。為了確定基站向相應(yīng)用戶站發(fā)送的接收時間點，將借助一個幅度閾值開關(guān)來求值。當(dāng)該輸出信號超過一個預(yù)定閾值Tr1時，該幅度閾值開關(guān)就產(chǎn)生一個觸發(fā)信號，該觸發(fā)信號表示用于接收前序信號的開始時刻。
在圖4中表示出用于上行通信時同步的信號波形。為了避免干擾，在此情況下，以輪詢方法的形式進(jìn)行各個用戶站同步序列3的發(fā)送，即在第一脈沖時僅是第一用戶站向無線基站發(fā)送它的同步序列3。接著所有n個用戶站同時地向無線基站發(fā)送它們的有效數(shù)據(jù)4。在第二脈沖時則僅是第二用戶站發(fā)送它的同步序列3，直到最后，在第n脈沖時第n用戶站發(fā)送它的同步序列3。
同步序列3的精確結(jié)構(gòu)表示在圖5中。該同步序列譬如包括四個相同的符號5，它們依次地被發(fā)送，其中各符號5之間的距離相繼增大一個系統(tǒng)時鐘脈沖t采樣及第一符號5用作前序信號。
在圖6中表示出一個符號5的示范波形，其中該符號相應(yīng)于圖5中的向第三符號5過渡的第二符號。
圖7表示根據(jù)圖5所示接收一個同步序列3時無線基站中一個匹配濾波器的示范信號波形。在此情況下四個符號中的每個產(chǎn)生一個輸出信號，它具有比連接其后的幅度閾值開關(guān)的預(yù)定閾值Tr2大的幅值P。第一符號5產(chǎn)生具有幅值Pb的輸出信號。直接跟隨第一符號5發(fā)送的第二符號同樣產(chǎn)生一個幅值Pb。延遲了一個系統(tǒng)時鐘脈沖t采樣的第三符號5產(chǎn)生一個幅值Pa，及相應(yīng)延遲了2×t采樣的第四符號產(chǎn)生一個幅值Pc。最佳的接收發(fā)生在第三符號5處，因此信號延時應(yīng)相應(yīng)地校正一個系統(tǒng)時鐘脈沖t采樣。以此方式用戶站及基站之間的延時可相應(yīng)精確地求得，以致同步可用數(shù)量級t采樣來進(jìn)行。
權(quán)利要求
1．用于在使用CDMA存取以TDD工作的全雙工無線傳輸系統(tǒng)中同步的方法，該系統(tǒng)具有一個中心無線基站及多個彼此獨立的用戶站，其中各個用戶站在接收側(cè)各配置有一個匹配濾波器及后聯(lián)的幅度閾值開關(guān)，該方法包括以下步驟a)由基站產(chǎn)生一個專用于每個無線系統(tǒng)的最大序列或金序列，b)作為在實際有效傳送數(shù)據(jù)(2)前面的前序信號(1)向所有用戶站發(fā)送所產(chǎn)生的最大序列或金序列，c)由用戶站接收該前序信號(1)，d)將接收的前序信號(1)傳送到一個用戶站的相應(yīng)匹配濾波器，e)將匹配濾波器的輸出信號傳送到幅度閾值開關(guān)，及f)當(dāng)超過預(yù)定閾值Tr1時由幅度閾值開關(guān)產(chǎn)生一個觸發(fā)信號。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于用戶站借助一個先驗知識通過脈沖結(jié)構(gòu)及持續(xù)時間執(zhí)行所獲得的同步信息的時間通告。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于基站構(gòu)有一個匹配濾波器及一個后聯(lián)的幅度閾值開關(guān)，及每個用戶站在實際有效傳輸數(shù)據(jù)(4)的空載時間內(nèi)向無線基站發(fā)送一個專用同步序列(3)，無線基站接收該同步序列(3)，及通過匹配濾波并通過超過一個幅度閾值的估價在濾波器輸出端求得作為觸發(fā)判據(jù)的無線基站與相應(yīng)用戶站之間的具體信號延時。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于同步序列(3)由一個前序信號及多個相同的符號(5)組成，其通過用戶或無線系統(tǒng)專用的最大序列或金序列展開，其中各個符號(5)彼此相繼移動一個系統(tǒng)時鐘t采樣地被發(fā)送，及無線基站使用匹配濾波器輸出端的所有幅值來估價符號交替的精確時間，其中在前序信號接收時使用超出一個幅度閾值的時間點作為參考時間。
5．根據(jù)權(quán)利要求3或4的方法，其特征在于無線基站通過中心業(yè)務(wù)信道向用戶站發(fā)送一個狀態(tài)信號，該用戶站應(yīng)發(fā)送它的同步序列(3)，及在對無線基站中獲得的信號延時估價后通過業(yè)務(wù)信道向相應(yīng)用戶站傳送一個信息，在該個別用戶的開始時刻應(yīng)在上行通信時開始有效數(shù)據(jù)或控制信息的傳輸，由此在無線基站的接收機(jī)中芯片同步地接收所有用戶站的并列發(fā)送。
6．根據(jù)以上權(quán)利要求中一項的方法，其特征在于對于數(shù)據(jù)的碼展開不僅在上行通信時而且在下行通信時使用一個符號長度的正交的金序列。
7．根據(jù)以上權(quán)利要求中一項的方法，其特征在于相鄰的無線傳輸系統(tǒng)以不同的頻率位置工作和/或使用各個不同的展開序列和/或來自不同碼族的展開序列。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于相鄰無線傳輸系統(tǒng)的相應(yīng)無線基站在上行及下行通信周期中彼此同步地工作。
9．用于在使用CDMA存取以TDD工作的全雙工無線傳輸系統(tǒng)中同步的裝置，該系統(tǒng)包括一個中心無線基站及多個彼此獨立的用戶站，其特征在于每個用戶站在接收側(cè)設(shè)有一個具有幅度閾值開關(guān)的匹配濾波器。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于無線基站在接收側(cè)至少設(shè)有一個具有幅度閾值開關(guān)的匹配濾波器。
11．根據(jù)權(quán)利要求9或10的裝置，其特征在于該無線傳輸系統(tǒng)構(gòu)成無線本地環(huán)路系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在使用CDMA存取以TDD工作的全雙工無線傳輸系統(tǒng)中同步的方法及裝置,該系統(tǒng)具有一個中心無線基站及多個彼此獨立的用戶站,其中各個用戶站在接收側(cè)各配置有一個匹配濾波器及后聯(lián)的幅度閾值開關(guān),該方法包括以下步驟:a)由基站產(chǎn)生一個專用于每個無線系統(tǒng)的最大序列或金序列,b)向所有用戶站發(fā)送在實際有效傳送數(shù)據(jù)(2)前面的、所產(chǎn)生的作為前序信號(1)的最大序列或金序列,c)由用戶站接收該前序信號(1),d)將接收的前序信號(1)傳送到一個用戶站的相應(yīng)匹配濾波器,e)將匹配濾波器的輸出信號傳送到幅度閾值開關(guān),及f)當(dāng)超過預(yù)定閾值Tr1時由幅度閾值開關(guān)產(chǎn)生一個觸發(fā)信號。
文檔編號H04B1/707GK1311925SQ99809262
公開日2001年9月5日 申請日期1999年8月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月14日
發(fā)明者安德里斯·哈琛伯格, 克勞斯·杰克爾, 馬西斯·萊伯, 萊恩哈德·西佛爾, 喬奇姆·塞德爾 申請人:Q－塞爾有限公司