CN1268855A - 对使用码分多址电信系统的改进 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电信方法,其中:终端通过一个中心站通信,用扩频序列对上行链路和下行链路通信编码,终端具有不同功率。在中心站,进行干扰消除以便减少最高功率信号对检测的最低功率信号的干扰影响。对于至少一些最强干扰信号,在它们到达中心站时对不同干扰信号的码元(TS₁、TS₃)组进行时间对准。最好是在中心站同步地检测同步的码元组,并在从将要检测的信号减去之前联合处理同步的码元组。

Description

对使用码分多址电信系统的改进

本发明涉及电信系统和包括中心站的网络的电信方法，其中终端通过一个中心站与网络通信。

本发明特别涉及＂环球移动电信系统＂(UMTS)，但不排除其它系统。

在这种系统中，将网络的地区分成区域或小区。为每个小区设置一个中心站，或基站，如移动电话之类的终端可通过该中心站通信。

在这些系统中，由于一个区域内的终端一定不能相互干扰，并且不同区域中的终端之间不能存在任何干扰，使无线资源的管理很复杂。已知的几种技术是共享无线资源：例如，在GSM系统中，按频率和时间分配资源。按时间分配被称为＂时分多址＂(TDMA)；这种情况下，将使用相同频率的两个通信按时间分开。

共享资源的另一种方式是使用＂CDMA)技术。这种情况下，多个通信可同时(在同一时间)使用相同频率。

CDMA代表＂码分多址＂。这种情况下，向每个用户分配一个代码，该代码主要存在于如Hadamard(或Walsh)序列之类的扩频序列中，其中所有序列是正交的。向该序列叠加扰频或伪噪声(PN)，通常是金色序列。

当中心站向终端(下行链路发射)发射以这种方式编码的消息时，每个终端将其自己的消息与所有其它消息一起接收。由于该终端将所接收的信号与其自己的代码，即其自己的扩展序列相乘，使该终端可恢复其自己的消息，并由于代码之间的正交性可因此消除其它消息。

在该下行链路通信中，在基站与终端之间使用PN序列以避免对应的区域与相邻区域之间的干扰；实际上，相邻区域使用不同的扰频序列。此外，通过该扰频有可能利用多径分集。

对于上行链路通信，即从终端向中心站发射的通信，同样使用CDMA区分来自不同终端的通信。然而，由两个不同终端发射的扩频序列因它们不同时到达中心站而通常不是正交的；实际上，仅当这些序列之间存在着准确的同步时可获得Hadamard序列之间的正交性是熟知的。对于该上行链路通信，使用不同的扰频序列区分从不同终端发出的通信。

然而，对于这些上行链路通信，使用正交扩频序列以便在相同终端发射的通信之间形成区别。例如，向该信息本身分配一个Hadamard序列并向如功率或导频控制之类的控制信号分配另一个Hadamard序列。一些终端也可以同时发射几种信息信号，例如语音、数据、传真、因特网、视频等。向这些不同特性的通信提供正交Hadamard序列。由于它们是从同一个终端发出的，它们同时到达中心站，并由于其正交代码因而可很容易识别。

使上行链路通信同步以便通过它们的正交代码区分它们也是已知的。但目前不使用这种同步，因为实现起来相对复杂。

由于同时接收的所有通信相互强烈干扰，CDMA电信系统面临着为接收机消除干扰的难题。为解决上行链路发射的这一问题，在中心站，使用常规的瑞克接收机，该接收机检测具有正确扰频或PN序列的信号并可消除多径发射的影响。但这种处理因其它通信的强烈干扰影响使其对CDMA来说通常是不能胜任的。当同时存在的用户或通信的数量较多时这一情况特别真实。还必须指出，干扰影响最有害的信号是具有最高功率的那些信号。

这就是在中心站最好针对每个用户考虑其它用户的影响和从检测到的通信减去干扰通信，例如最强通信的原因。

该方法的一个最简单的实施例是在减去它们对剩余用户所起的作用前检测最强的信号。

为限制费用，可以限制干扰检测的数量，但该限制必然带来对干扰消除的限制。这种情况下，为获得所需的通信质量，需要通过中心站的控制增加最弱终端的发射功率。例如，当高比特率用户(具有最强发射机)的数量相对于具有较低比特率发射的并因此具有较低功率的电话(语音)用户的数量增加时，可能发生这种情况。但因为终端中可供使用的功率有限，不能总是这样增加功率。不管怎样，通常最好是降低每个终端使用的功率量。

本发明对上行链路通信的干扰高功率用户的检测问题提供了一种简单和有效的解决方案。

根据本发明的电信方法的特征在于：以在这些信号的码元组到达中心站时对这些信号的码元组进行时间对准的方式控制最强干扰信号中的至少某些信号。

同步的码元组可以是例如帧、时隙或时隙的整数分之一。

鉴于时间对准，或同步，能够对干扰用户进行联合检测并便于进行干扰消除。联合检测带来了更好的干扰信号检测和消除结果。

根据统计，在通信系统中，高比特率用户(具有最高功率)的数量通常比低比特率用户的数量少得多，如果仅对那些高比特率用户进行，可以很简单地进行时间对准控制。

还应指出，在本发明的帧中所需的时间对准需要低对准精度，但不一定是码片间隔之间的对准精度。事实上，本发明使用的同步所需的精度比由其Hadamard序列区分的用户之间的同步所需的精度小得多。例如，在中心站接收到代码时为维护代码之间的正交性所需的同步需要±t_c/10的精度，其中t_c是码片时间。但是为了维护具有t_s/20持续时间的码元组之间的同步，t_s是时隙，如果扩展系数(每个码元的码片间隔的数量)是例如4，±2t_c的精度足够了。

可以从中心站或从另一个等级，例如从UMTS系统的无线网络控制器(RNC)对相关终端进行定时控制。

本发明涉及电信方法，其中终端通过中心站通信，利用扩频序列对上行链路和下行链路通信编码，终端具有不同功率，在中心站进行干扰消除，以便减少最高功率信号对检测的最低功率信号的干扰影响。本发明的特征在于：对于最强干扰信号中的至少某些信号，在干扰信号到达中心站时对不同干扰信号的码元组进行时间对准的事实。

在一个实施例中，在中心站同步地检测同步的码元组并在从检测的信号减去之间联合处理。

在一个实施例中，从中心站对不同干扰信号的码元组的时间对准进行控制。

在一个实施例中，在所述干扰信号的帧之间进行所述同步。

在一个实施例中，在所述干扰信号的时隙之间进行所述同步。

在一个实施例中，在所述干扰信号的时隙的整数分之一之间进行所述同步。

在一个实施例中，时间对准的精度是扩频序列的几个码片间隔的精度。

在一个实施例中，将最高功率给予最高数据速率，并集中控制终端的发射功率。

本发明还涉及电信系统的中心站，其中终端通过该中心站通信，用Hadamard和扰频序列对由中心站接收的和由该中心站发射的数字数据编码，其中，从终端接收的通信具有不同的功率，在中心站设置干扰消除装置以便从接收的最弱信号减去最强的干扰信号，所述中心站具有控制装置，以便在接收时由所述中心站对最强的接收通信的码元组进行时间对准。

在一个实施例中，对于干扰消除，联合检测和处理按时间对准的信号。

在一个实施例中，将最高功率给予最高数据速率，并由所述站控制终端的发射功率。

本发明的其它特性和优点通过对其特定实施例的描述是显而易见，该描述是参考在此所附的附图做出的，其中：

图1表示常规移动电信系统，

图2a和图2b是表示常规CDMA电信系统的两种时隙的示意图，

图3、图4和图5表示根据本发明方法的实例的示意图，

图6表示根据本发明的系统的实施例。

通过附图描述的本发明实例与UMTS类型的电信系统有关，其中使用CDMA，以便区分用户或区分通信类型。

图1回忆了该电信系统的一般结构。

在该系统中，将地区分成小区10₁、10₂、10₃、10₄，其中每个小区，例如小区10₁包括一个基站或中心站B₁。在每个小区中，终端T₁、T₂、T₃、T₄等只通过中心站B₁通信。换句话说，终端T₁不能直接与终端T₂通信，而是要通过B₁，即当T₁向T₂发送消息时，它向B₁发送一个上行链路消息12，B₁向T₂发送下行链路消息14。为了在一个小区，例如10₁中的一个终端与另一个小区，例如10₃中的一个终端之间建立通信，终端T₁向B₁发送消息，B₁向B₃发送消息，B₃向被叫终端T₅发送消息。

更一般地说，任何终端通过中心站与整个网络通信。

在CDMA系统中，所有终端使用相同频率资源，但可通过Hadamard序列和扰频序列，或伪噪声PN的组合区分其通信。

对于从终端T₁到基站B₁的上行链路12的通信，用其PN区分这些通信，Hadamard序列H₁、H₂等用来区分每个终端发射的不同种类的通信。实际上，一个终端可发射例如语音、数据、因特网消息、传真、视频图象等。此外，即使一个终端只发射一种信息，例如语音(电话)，它也发射和接收诸如导频信号和功率控制信号之类的控制信号，并且该控制信号具有其自己的与信息信号的Hadamard序列不同的Hadamard序列。对于该上行链路通信，由其PN，或扰频，或序列区分在同一个小区10₁中的终端。

对于从B₁到T₂的下行链路通信14，用其Hadamard序列区分这些终端。每个Hadamard序列也由一个PN序列组成，其目标是使一个小区与相邻小区相区分。换句话说，用于下行链路通信的小区10₁的PN序列与相邻小区10₂、10₃、10₄等中用于下行链路通信的PN序列不同。

在UMTS中，所有类型的数据为数字格式，其中一个信息单元是可以是一比特，或在PSK(相移键控)情况下为几个比特的一个码元。在时隙t_s中发射码元，16个时隙形成一帧F。在该实例中，一个时隙的持续时间是0.625ms。

一个时隙中的码元数量和发射功率取决于通信的数据速率。在该实例中，使用带宽为5MHz的WCDMA(宽带CDMA)。每个码元分成码片，一个码片的持续时间是0.244μs。因此，一个时隙包含2560个码片。

为了说明的目的，图2a和2b是表明两个时隙的示意图。第一时隙(图2a)对应于1兆比特/秒的高数据速率，第二时隙(图2b)对应于32K比特/秒的低数据速率。

在图2a中，一个时隙包含640个码元。因此，每个码元具有4个码片间隔的持续时间。换句话说，将每个码元分成4个码片间隔，即扩展系数是4。

对于与图2b对应的低数据速率，一个时隙包含20个码元，每个码元包含128个码片。换句话说，对于图2b，扩展系数是128。

如图所示，在低数据速率(图2b)的情况下，由时隙高度表示的功率P比在高数据速率(图2a)时隙的情况下的功率小。这样，对于低和高数据速率，能量(功率乘时间)可以在相同的幅度等级。

在每个码片间隔i期间，码片的值是a_j，并且码片值a₁…a_n(n是一个码元中的码片数量)的序列是这样的： $\underset{i=1}{\overset{i=n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i^2=1$

码片值形成一个Hadamard序列，以使具有码片值a_i和a_j的两个不同的Hadamard序列是正交的，即： $\underset{i=1}{\overset{i=n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{aia}\stackrel{\′}{i}=0$

这样，当由必须只能接收具有Hp序列的数据的接收机同时接收几个同步时隙时，在该接收机中，设置Hp乘法器，在乘法器的输出正确地出现具有该Hp序列的时隙并将具有正交序列的时隙减小为零。

扰频在于将码片的值与伪随机序列相乘。

如果码元被很好地同步，Hadamard序列只能是正交的。这就是通常使用Hadamard代码区分由同一个发射机发送的通信的原因。然而，可以使由不同接收机发射的几个通信同步，以使它们被指定的接收机同步接收。但因为同步必须非常准确，约1/10码片间隔，该同步不太容易实现。

具有高数据速率，即具有大功率的通信严重干扰具有较小功率，即较小数据速率的通信。在中心站B₁，必须处理低数据速率通信以减少高数据速率通信的影响。没有该处理，该低数据速率信号的信噪比E_b/N_o将比所需的值小。该处理包括检测高数据速率干扰信号和从接收的低数据速率信号减去这些干扰信号。

根据本发明，为了简化该处理，至少对最强的干扰信号进行粗时间对准。该时间对准在中心站启动干扰信号的分组处理。

在此必须指出，由于目标不是恢复Hadamard序列之间的正交性，而是建立信息码元之间的同步程度，大功率信号之间的同步是码元组的同步，而不是码片同步。还记得输入的干扰信号可具有相同Hadamard序列。

为了启动该粗同步，中心站B₁向最强的用户(发射干扰信号)发送确定每个干扰信号相对于它们中的一个(或相对于基准)的延迟的控制信号，以便它们根据需要同步到达中心站。

图3、4和5示出两个干扰信号在中心站一级的同步的三个实例。

在图3的实例中，对干扰信号的帧F1和F2进行时间对准。因此，在一帧周期期间(16个时隙)，可将两个干扰信号作为一个块，最好是几个块并从检测的信号中减去。

在图4的实例中，对时隙进行时间对准，如图所示，第一信号的帧F₁的时隙TS₃与第二信号的帧F₂的时隙TS₁同步。

在图5的实例中，在干扰信号的半个时隙之间进行同步。如图所示，第一干扰信号的帧F₁的时隙TS₃的后一半与第二干扰信号的帧F₂的时隙TS₁的前一半同步。

在中心站中，利用与该同步周期或该周期的若干分之一对应的周期进行干扰消除处理。在图3的情况下，最大处理周期是一帧周期。在图4的情况下，最大处理周期是一个时隙，在图5的情况下，最大处理周期是半个时隙。

也可以提供几帧的时间对准或一个时隙小于1/2的整数分之一，例如1/20的时间对准。可以一次针对所有来选择同步周期或者可以是可变的。

长同步周期具有处理简单的优点，而短同步周期具有能够在干扰信号之间更早同步的优点。

时间对准的精确度可以是几个码片的间隔。

图6示出如何在中心站实现干扰消除。在图6中，假设给出k个终端T₁...T_k并且在小区中工作。每个终端占据一个信道Ch₁...Ch_k。在这k个终端中，一小部分发射高数据速率信号。

所有信号发射到中心站B₁。该中心站B₁还接收来自其它小区的干扰信号和噪声，如用加法器30的符号所表示的。

在中心站B₁，为了检测给定的终端所发射的信号，特别是低数据速率的信号，首先检测具有高数据速率的少数几个干扰信号，并以在它们到达中心站B₁时对它们进行时间对准的方式对其进行控制。此后，联合检测(32)和分块处理这些时间对准的信号。在此，该检测包括解扩。如图所示，由同样用符号表示的减法器34从输入信号中减去这些联合检测的干扰信号。联合检测32包括对Hadamard和PN序列的解扩，在将处理后的信号施加到减法器34之前，需要重新扩展(36)处理后的信号；重新扩展包括重新分配Hadamard和PN序列以及信道增益，以使提供给减法器34的信号在加法器30的输出端对应于该对应信号。

把减法器34提供的信号提交给经典信道接收机，即常规的瑞克接收机(图6中的方框40)。

从另一个位置，例如从网络控制器而不是从中心站来控制图6中的处理。

Claims (11)

1.一种电信方法，其中：

终端通过一个中心站(B₁)通信，

用扩频序列对上行链路(12)和下行链路(14)通信编码，和

终端具有不同的功率，并在中心站进行干扰消除，以便减少最高功率的信号对检测的最低功率的信号的干扰影响，

其特征在于：对于最强干扰信号中的至少一些干扰信号，在它们到达中心站时对不同干扰信号的码元组进行时间对准。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在中心站同步地检测同步的码元组，并在从将要检测的信号减去之前联合处理同步的码元组。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：从中心站对不同干扰信号的码元组的时间对准进行控制。

4.根据前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于：所述同步是在所述干扰信号的帧之间进行的。

5.根据前面权利要求1-3中任何一个所述的方法，其特征在于：所述同步是在所述干扰信号的时隙之间进行的。

6.根据前面权利要求1-3中任何一个所述的方法，其特征在于：所述同步是在所述干扰信号的时隙的整数分之一之间进行的。

7.根据前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于：时间对准的精度是扩频序列的几个码片的间隔的精度。

8.根据前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于：将最高功率给予最高数据速率，集中控制终端的发射功率。

9.一种用于电信系统的中心站(B1)，其中终端通过该中心站通信，用Hadamard和扰频序列对由中心站接收的和由该中心站发射的数字数据编码，其中从终端(T₁、T₂、...)接收的通信具有不同功率，干扰消除装置设置在中心站以便从所接收的最弱的信号减去最强的干扰信号，其特征在于：所述中心站具有控制装置，以便在接收时由中心站对最强的接收通信的码元组进行时间对准。

10.根据权利要求9所述的中心站，其特征在于：对于干扰消除，联合检测并处理时间对准的信号。

11.根据权利要求9或10所述的中心站，其特征在于：将最高功率给予最高数据速率，并由所输站控制终端的发射功率。

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