CN1084095C - 数据传输方法、发射机和接收机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在采用CDMA多址方法的系统中使用的接收机和数据传输方法，该系统中每个要发送的数据信号(30)都与一个有一定长度的伪随机码(40)相乘，伪随机码的比特率高于要发送的数据信号。为保证高速和低成本的接收，乘过伪随机码的信号进一步被一组波形调制，波形的数目等于伪随机码的位数，每个波形的频率都在给定的频域内。根据本方法，信号在接收机中被转换为数字形式，并与已经过反傅立叶变换的伪随机码相乘，乘积信号再进行傅立叶变换。

Description

数据传输方法、发射机和接收机

本发明涉及一种在采用CDMA多址方法的系统中使用的数据传输方法，该系统中每个要发送的数据信号都与一个有一定长度的伪随机码相乘，伪随机码的比特率高于要发送的数据信号。

CDMA(码分多址)是除早先出现的FDMA(频分多址)和TDMA(时分多址)方法以外的又一种多址方法，它以扩频技术为基础，应用于蜂窝无线系统中。比起早先的方法，CDMA具有许多优点，例如频带利用率高，频率规划简单，业务容量大。

CDMA方法中，用户的窄带数据信号通常被乘以一个频带比数据信号宽许多的扩频码，得到一个相对宽的业务信道频带。已知的蜂窝网络测试系统使用的业务信道带宽为1.25MHz，10MHz和25MHz。由于相乘，数据信号扩展到整个使用频带。所有用户同时在同一个频带，或业务信道中发送数据。基站和用户终端间的每个链路使用一个单独的扩频码，依据各链路中的扩频码区分各用户信号。

常规的CDMA接收机中的相关器与所需信号同步，它们依据信号中的扩频码来识别所需信号。数据信号在接收机中通过乘以与发射阶段相同的扩频码，恢复到原始带宽。发射阶段中与其它扩频码相乘的信号与该接收机中的的扩频码不能实现理想的相关，因此不能恢复到窄带。于是相对于所需信号，它们表现为噪声。系统中的扩频码最好这样选择：每个系统单元中的码互相正交，即，它们互不相关。

在以已有方式实现的CDMA收发机中最耗时的环节是相关，同时相关器也是接收机内最昂贵的部件。接收到的信号在相关器中与一个已知的扩频码进行逐个比特的比较，比较得到一个相关值。

本发明的目标是提供一种利用CDMA的数据传输方法，在该方法中用一种更快更有效的办法代替相关。

实现该目标要用到前文中描述过的方法，其特征是：乘过伪随机码的信号进一步被一组波形调制，波形的数目等于伪随机码的位数，每个波形的频率都在给定的频域内。

本发明还涉及一种发射机，它包括用来将每个要发送的信号乘以一个一定长度的伪随机码的装置，伪随机码的比特率高于要发送的信号。根据本发明的该发射机的特征在于：该发射机内包括用一组波形对已被伪随机码乘过的信号进行调制的装置，波形的数目等于伪随机码的位数，每个波形的频率都在给定的频域内。

本发明还涉及一种接收机，它包括用来把接收到的模拟信号转换为数字信号的装置，以及用来产生所需的伪随机码的装置。根据本发明的该接收机的特征在于：该接收机内有对所需的伪随机码作反傅立叶变换的装置，将数字化的接收信号与变换过的伪随机码相乘的装置，以及对乘积信号作傅立叶变换的装置。

在根据本发明的方法中，待发送的信号不仅要与扩频码相乘，而且要被许多波形调制，待发送的信号通过一种反傅立叶变换变到频域。调制的结果使扩频码按照需要的间隔分布到频域中。实际被发送的信号是许多波形的总和，该波形取决于该链路中所用的扩频码。实际使用中，发射机可使用一定数量给定频率的波形，每个链路的扩频码的各比特位决定了该链路中发射的波形。波形的频率可以根据无线信道的特性来选择。

在根据本发明的接收机中，可以把接收到的信号与已经过反傅立叶变换的扩频码相乘。这样可以取代传统的相关操作，使处理过程实现起来更加快速和简便。

下面，将参考一个例子对本发明进行详细说明，并附有以下示图：

图1表示一个可使用根据本发明的方法的电信系统，

图2是一个根据本发明的发射机的结构方框图，

图3是一个更加详细的根据本发明的发射机的结构方框图，

图4a表示一个待发送信号与扩频码相乘后的时域图，

图4b表示一个待发送信号被波形调制后的的频域图，

图5是一个根据本发明的接收机的结构方框图，

图6是一个更加详细的根据本发明的接收机的结构方框图，以及

图7是另一个更加详细的根据本发明的接收机的结构方框图。

下面，将用蜂窝系统作为应用根据本发明方法的电信系统的一个例子，更加详细地描述根据本发明的方法、发射机、接收机。但是，该发明也可用于另外一些类型的不使用蜂窝技术的系统，如使用电力线的电信系统。

图1表示一个蜂窝系统的例子，其中可以运用根据本发明的方法。该系统包括一个基站10，它与服务于本地区的用户终端14～16之间有双向连接11～13。根据CDMA的基本原理，在各传输方向上终端设备的业务工作在同一频域内。每个链路使用它自己特有的扩频码。

在根据本发明的方法中，用户的窄带数据信号首先按照传统的CDMA，与一个扩频码相乘，在同一个覆盖区域中，用户的扩频码是唯一的。扩频码的长度，即，该代码的比特数，用N表示。经过相乘，该窄带数据信号扩展到给定频带，该频带宽度由扩频码的比特率决定。由此得到的宽带信号被一组数目为扩频码的比特数N的正交频率f1…fN调制。经过调制，与所用扩频码对应的正交频率分量信号之和构成待发射的信号。

前面提到的频率f1…fN相互间的频域间隔可以自由选择。频率间隔并不必要固定。在有的实现方式下，如根据所用的传输信道的特性，可能最好在一部分频带内集中较多的频率，而在另一部分频带内减少频率个数。例如，可以在频带的中部放置几个频率，在边缘处减小频率的密度。

图2是一个表示根据本发明的CDMA发射机的结构的通用方框图。发射机包括用于对待发射信号实现语音编码的装置20，用于对语音编码后的信号实现信道编码的装置21。信道编码后的信号接着被送到装置22，在那里，待发信号与用户的扩频码相乘。根据本发明的发射机还包括用一系列波形对与扩频码相乘的信号实现调制，并将得到的调制波形加在一起的装置22。所得的和信号被送到射频装置23，用天线24发射出去。

图3极其详细地表示出实现根据本发明的方法的发射机结构。该发射机包括用于产生表征链路的用户扩频码40的装置31，以及用于使待发送信号30和扩频码相乘的装置32。例如，假设所用的扩频码为1101011。那么扩频码的长度N为7。在实际系统中扩频码自然要长许多。在乘法器32中，数据信号30的每个比特都与扩频码相乘。图4a示出与扩频码相乘后的信号在时域中的可能形状。乘积信号形成一个比特率等于扩频码的比特序列。

发射机还包括其输出波形包括f1…fN的N个信号发生器33a到33c。波形可以为正弦波。发射机还包括装置34，其动作受乘法器32输出的比特序列的控制，装置34的输入由前面提到的信号发生器33a到33c的输出信号组成。装置34可以用N个开关41a到41c来实现，以使每个开关i，i＝1…N，输入一个相应的波形fi，各开关由乘法器32输出的比特序列中相应的比特位i所控制。若比特序列中第i比特值为‘1’或其它相应值，对应的开关在该比特期间为开。相应的，若比特序列中第i位比特值为‘0’或其它相应值，对应的开关在该比特期间为关。发射机进一步还包括用以叠加开关装置34输出的信号35的装置36，得到的和信号组成了待发送的用户信号。所描述的方法可以被认为是一个对待发送信号进行的反傅立叶变换。

图4b所示为频域中一个可能的信号形状，这里假设所用的扩频码为前面提到的1101011，调制波形为正弦波。在这种情况下，信号由许多频率分量组成，本例中，频率分量为f1，f2，f4，f6和f7，即，比特序列中值为‘1’的比特位对应的频率。

如果发射机是用来同时发射多个用户的信号的，例如基站发射机，它包括装置37，用于在待发送信号上叠加用类似方式产生的其它用户信号38。由此得到的和信号39进一步提供给射频部分。所有的用户信号是由同样一个正交波形组f1…fN构成的，但每个用户信号的波形成分不同，因为各用户的扩频码不同。

在根据本发明的方法中，调制波形除采用正弦信号外，也可其它波形，例如，用二进制正交函数产生的信号，如Walsh函数。使用Walsh函数时，发射机仍按上述方式工作，除了用按照Walsh函数W₀…W_N-1产生正交信号的装置替代频率信号发生器33a到33c。这样，开关装置34输出的和信号由Walsh函数集合成。

当接收机使用根据本发明的数据传输方法时，接收到的数字信号可按照所使用的扩频码长度进行傅立叶变换。这将把接收到的CDMA信号转换为常规形状，此后，信号可用传统方法与发送端中所用的扩频码进行相关。

根据本发明的方法最好这样应用：相关在傅立叶变换之前进行。那么，相关就变为容易实现得多的相乘。实现方法如下：接收到的数字信号与已经过反傅立叶变换的扩频码相乘。由此得到的信号再经傅立叶变换成为原始数据信号。这种方法的优点在于，与使用相关器相比，它实现起来速度快、成本低。

图5是一个表示根据本发明的CDMA接收机结构的总体方块图。该接收机包括一个天线50，把接收到的信号通过射频部分51输入转换器52，在此转换为数字形式。数字化的信号被进一步输入到解调装置53，在此信号与所用的扩频码相关，和进行所需的傅立叶变换。已恢复成原始窄带的解调装置53的输出信号，被输入到信道解码器54，再从那儿被送到接收机的其它部分，如语音解码器55。

图6极其详细地表示出实现根据本发明的方法的接收机的结构。该接收机包括把接收到的模拟信号转换为数字形式的装置52。数字化后的信号被送到转换器60，在此进行傅立叶变换。变换后的信号再被送到相关器62，在此信号与装置61产生的扩频码相关。相关器中用的扩频码与信号传输所用的相同。相关后的信号63在相关过程中已经被恢复为原始带宽，它接下来再送到接收机的其它部分。

图7表示按照本发明的优选实施方式的一种可能的接收机的结构。该接收机包括把接收到的模拟信号转换为数字形式的装置52。该接收机包括用于产生与信号发送端相同的扩频码的装置61。该扩频码被输入到第一转换器70，在此，扩频码进行反傅立叶变换。该接收机包括一个乘法器71，在此接收到的数字信号与第一转换器70输出信号相乘。乘法器71的输出信号被送到第二转换器72进行傅立叶变换。此后得到的信号73被送到接收机的其它部分，比如，信道解码器。

尽管本发明是按照附图，参考以上实例描述的，但显然本发明并不限于此，而可在所附的权利要求书中公开的发明思想的范围内以多种方式变化。

Claims (11)

1.一种系统中数据发送的方法，该系统中，使用CDMA多址方法，每个待发数据信号(30)与一定长度的伪随机码(40)相乘，伪随机码的比特率高于待发数据信号，该方法的特征在于：与伪随机码相乘后的信号进一步被一组波形(f1…fN)调制，波形的个数等于伪随机码的比特数，各波形的频率都在所给的频带内。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于：由数据信号与伪随机码相乘得到的每个比特序列控制一组包含的开关个数等于所述比特序列中的比特数的开关装置(34)，所述开关按如下方式控制相应个数的一组频率合成器(33a到33c)：若比特序列中某比特值为‘1’或类似值，对应的开关为开，若比特序列中某比特值为‘0’或类似值，对应的开关在为关。开关组的输出信号在发射机中被加在一起。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于：当同时发送几个信号时，待发送的已调制的信号在发射机中被加在一起。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述波形组(f1…fN)由正弦信号构成。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述波形(f1…fN)之间的频差不等。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述波形组(f1…fN)用Walsh函数生成。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于：接收到的信号被转换为数字形式，并与一个经过反傅立叶变换的伪随机码相乘，乘积信号进行傅立叶变换。

8.根据权利要求1的方法，其特征在于：接收到的信号被转换为数字形式，并进行傅立叶变换，该变换后的信号再与伪随机码相关。

9.一种发射机，包括用于使待发信号与一个有一定长度、比特率高于待发数据信号的伪随机码(40)相乘的装置(32)，其特征在于：该发射机包括装置(34)，以用波形组(f1…fN)对已与伪随机码相乘过的信号进行调制，波形的个数等于伪随机码的比特数，各波形的频率都在给定频带内，所述装置(34)包括一组开关装置(41a到41c)，开关的个数等于伪随机码的比特数，开关组的输入信号由相应个数的频率合成器(33a到33c)的输出信号组成，开关组的控制信号由已与伪随机码相乘过的信号所形成的比特序列中的各比特位组成。

10.根据权利要求9的发射机，其特征在于：该发射机包括，用于组合几路同时待发数据信号的装置(37)。

11.一种接收机，包括用于把模拟信号转换为数字形式的装置(52)，以及用于产生一个所需的伪随机码的装置(61)，其特征在于：该接收机包括：用于对所需伪随机码进行反傅立叶变换的装置(70)，用于使数字化后的接收信号和转换后的伪随机码相乘的装置(71)，以及用于对乘积信号进行傅立叶变换的装置(72)。

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