CN1276138A - 在扩展频谱通信系统中传输高速率数据的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在CDMA通信系统中传输高速率数据分组的方法和设备。发送系统发送第一信道分派消息,它指出将用于支持所述高速率数据分组传输的至少一个附加信道。在开始高速率数据通信之前发送第一信道分派消息。此外,本发明在高速率数据的第一帧内提供重复的信道分派消息。远地的接收机使用信道分派消息以预置其解调部件(114和120)来接收在至少一个附加信道上发送的附加信息。

Description

在扩展频谱通信系统中传输高速率数据的方法和设备

                    发明背景

I.发明领域

本发明涉及通信。本发明尤其涉及一种新颖和改进的通信系统，用户在该系统中在主信道上传输数据。然而，当用户的传输速率超过主信道的容量时，向用户提供与主信道一起使用的一个附加信道或一组信道，以便能够传输高速率数据。本发明支持高速率数据传输的动态信道分配，并且为可变速率数据传输提供十分有效的系统。

II.有关技术的描述

本发明涉及共享诸如在蜂窝网CDMA系统中的通信资源的多个用户。当有大量的系统用户时，使用码分多址(CDMA)调制技术是几种便于通信的技术之一。在本领域中，已知有诸如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)等其他多址通信技术和诸如幅度压扩单边带(ACSSB)等AM调制方案。然而，CDMA的扩展频谱调制技术与其他那些用于多址通信系统的调制技术相比具有显著的优点。在名为“使用卫星或地面中继器的扩展频谱多址通信系统”的第4,901,307号美国专利中揭示了在多址通信系统中使用CDMA技术，该项专利已转让给本发明的受让人，按参考资料在此引入。在名为“在CDMA蜂窝网电话系统中产生信号波形的系统和方法”的第5,103,459号美国专利中也揭示了在多址通信系统中使用CDMA技术，该项专利已转让给本发明的受让人，按参考资料在此引入。

CDMA按其宽带信号的固有属性，通过将信号能量在广阔的带宽上扩展，提供了一种频率分集。因此，频率选择性衰落只影响CDMA信号带宽的一小部分。借助于按照以不同的传播延迟到达的信号可分别接收和处理，通过扩展频谱处理开拓多路径环境，得到路径分集。还有，借助于通过在一个移动用户和两个或多个基站之间的同时链接提供多条信号路径，得到空间或路径分集。在名为“在CDMA蜂窝网电话系统中的分集接收机”的第5,109,390号美国专利和名为“在CDMA蜂窝网电话系统中的软切换”的第5,101,501号美国专利中，描述了利用路径分集的例子，这两项专利都转让给了本发明的受让人，按参考资料在此引入。

可以用来提高分派通信资源的效率的一种附加的技术是允许资源的用户以变化的速率提供数据，由此只使用最少数量的通信资源来满足它们的业务需要。在名为“可变速率声码器”的第5,414,796号美国专利中详细揭示了可变速率数据源是可变速率声码器的一个例子，该专利已转让给本发明的受让人，按参考资料在此引入。由于话音本来就有寂静周期(即，停顿)，能够减少表示这些周期所需的数据量。通过降低这些寂静周期的速率，可变速率语音信号编码最有效地利用了这个事实。

当说话者不停顿地说话时，可变速率话音编码器以全速率提供话音数据，因而使用了传输帧的全部容量。当可变速率话音编码器以低于最大速率的速率提供话音数据时，在传输帧中有剩余的容量。在名为“用于对发送数据进行格式化的方法和设备”的第5,504,773号美国专利中，详细描述了在固定大小的传输帧中传输额外的数据的方法其中，数据源以可变速率提供数据。该项专利已转让给本发明的受让人，按参考资料在此引入。在上面提到的专利申请中，揭示了用于把来自不同的源的不同类型的数据组合成一个数据分组以进行传输的方法和设备。

                    发明概要

通常把通信资源划分为通信信道。在CDMA通信系统的范围内描述本发明，其中，通过由不同的扩展序列扩展数据来提供每个信道。在示范的实施例中，所用的扩展序列是正交Walsh序列。

在本发明中，向每个用户提供专用信道(这里称之为主信道)。此外，对每个用户提供公用信道组选择性接入通道，这里把公用信道称之为附加信道它们能由通信系统的所有用户共享。

当用户传输的速率超过主信道的容量时，通信系统判决是否有足够的附加信道传输高速率数据。如果有足够的附加信道，则将它们分派给用户，以传输高速率数据。

本发明中，在判定了有足够的附加信道之后，但在开始高速率传输之前，发射机送出消息(这里称之为第一信道分派消息)给接收机，指出高速率数据传输即将到来。在示范实施例中，信道分派消息标识将用于支持高速率数据业务的附加信道。在示范实施例中，在发送高速率之前提早两帧发送第一信道分派消息。通过使用第一信道分派消息，接收系统不必始终解调所有的信道，这大大地降低了移动台的功耗。

在一个改进的实施例中，在高速率数据通信开始时，在主信道上提供包含与第一信道分派消息相同信息的第二信道分派消息。这提供了高速率数据传输的第二次指示，如果传输第一信道分派消息的帧没有接收好，则可依靠此第二次指示。

在本发明中，接收系统预置一组附加解调器以按照在第一信道分派消息中提供的信息解调高速率数据。由主信道解调器和附加信道解调器解调高速率数据，而把被解调的帧加以组合并提供给用户。

如果发生帧删除，则接收系统解调所有的附加信道，就象已在被删除的帧中接收到第一信道分派消息一样。然后，接收系统使用第二信道分派消息重组该帧，并且预置附加解调器用以接收下面的帧。

                    附图概述

从下面结合附图所作的详细描述，本发明的特征、目的和优点将变得更加明显，在这些附图中，始终用相同的标号作相应的标识，其中：

图1是描述在移动通信系统中实现本发明的范例的简图；

图2是本发明的发射系统的方框图；

图3是本发明的接收机系统的方框图。

                    较佳实施例的详细描述

将多址通信资源划分为信道。这种划分通常称为多路复用，三种具体的形式是频分多路复用(FDM)、时分多路复用(TDM)和码分多路复用(CDM)。在通信系统中发射和接收的基本信息单元称为帧。

现在参看附图，图1描述在移动通信系统中实现本发明的一个范例。移动台10向蜂窝区基站12发送信息，并从蜂窝区基站12接收信息。蜂窝区基站12再向移动电话交换局(MTSO)14发送信息，并从MTSO14接收信息。MTSO再向公用电话交换网(未示出)发送信息，并从该网接收信息。

在示范的实施例中，由蜂窝区基站12发射至移动台10的信号如从移动台10发射至蜂窝区基站12的信号那样，也是扩展频谱信号。扩展频谱通信信号的产生在上述第4,901,307和第5,103,459号美国专利中有详细的描述。用从蜂窝区基站12向移动台10提供高速率数据分组(这里称之为前向链路传输)的方法描述本发明的示范实施例。然而，本发明同样可应用于从移动台10至蜂窝区基站12的反向链路数据传输。

在示范实施例中，把主信道分派给移动台10用于与基站12通信。在示范实施例中，如在上述第4,901,307和第5,103,459号美国专利中详细描述的那样，用唯一的Walsh扩展序列提供一个信道。在本发明中，蜂窝区基站12使用附加信道以提供至移动站的高速率数据传输。

这里所指的高速率数据分组是所需传输容量大于主信道容量的数据分组。在示范实施例中，数据是按数据分组发送的。如果数据分组中含有高速率数据，则将其所含内容划分为多个帧，能够在一个信道上发送每个帧，而在接收机处将它们重新组合。

图2描述本发明的发射系统的示范实施例的方框图。数据源20提供用于从蜂窝区基站12发送至移动台10的数据分组。为了描述的目的提供数据源20。应该注意，基站12一般中继来自远处的信息，而数据源20只是描述用于传输的数据分组来源的一种方便的方法。数据源20能够提供低于主信道容量极限的数据分组和需要使用主信道加上一个或多个附加信道以传输数据分组的高速率数据。

当能够只用一个被分派的主信道传输用于传输的数据分组时，数据源20通过去复用器(DE-MUX)提供数据分组至主格式器24。在示范的实施例中，主格式器24按照本领域中熟知的纠错和检测方法，为数据分组产生一组冗余的比特。在示范实施例中，格式器24产生一组循环冗余检测(CRC)比特和一组码尾比特，并且将那些比特组添加至输出的数据分组，这在上述第5,550,773号美国专利中有详细的说明。

主格式器24把数据分组输出至主编码器26，主编码器26对数据分组进行编码，以提供经编码的码元。在示范的实施例中，主编码器26是1/2率卷积编码器，其设计和实现在现有技术中是公知的。在示范实施例中，用数字移位寄存器实现卷积编码器。主编码器26提供编数据分组给主交织器28。

主交织器28按照预定的重新排序格式将编码数据分组的二进制数字重新排序。在示范的实施例中，主交织器28是块交织器。在块交织器中，数据按列写入存储器，而按行输出。与纠错码一道，交织提高了数据的时间分集的性能，因此提高了耐受突发信道差错的能力。

经交织的数据分组由主交织器28提供至主调制器30。主调制器30调制帧，以在分配的主信道上提供帧。在示范实施例中，调制器30是码分多址(CDMA)调制器，它在第4,901,307和第5,103,459号美国专利中有详细的描述。在示范的实施例中，每个帧由Walsh序列(W_n)扩展，该序列对该信道是唯一的，并且它与所有其他的Walsh序列正交，这些Walsh序列用于从基站12发送数据的所有其他信道。在示范的实施例中，根据工业标准TIA/EIA/IS-95-A(“双模式宽带扩展频谱蜂窝网系统移动台与基站兼容性标准”)，在主信道上的数据能够是可变速率的，而在附加信道上提供的数据是以固定速率排定的。

然而，在示范的实施例中，扩展帧用伪随机噪声(PN)序列覆盖，该PN序列提供较大码空间间隔，以及每个基站12的标识。每一路由其独特的Walsh序列加以区别。可用的正交序列的数目有限，所以，高速率传输的用户数越多，基站12能够容纳的用户数就越少。调制器30提供经调制的帧给发射机(TMTR)36，它对经调制的帧进行上变频和放大，并将信号通过天线38发射。

当数据源20准备发送高速率数据分组时，它对蜂窝区基站12的蜂窝区控制器40提供请求信号(REQ)。蜂窝区控制器40通过提供对请求的确认(ACK)作出响应。蜂窝区控制器40选择将用于高速率数据传输的附加信道。在示范实施例中，预先规定能够用于传输高速率数据的附加信道组，从而通过现有技术中公知的简单的掩蔽技术即可完成选择。在另一个示范实施例中，预先规定了一些附加信道的组，并且信道分派消息只识别一个预定组。在一个改进的实施例中，预定组包括不同数目的附加信道。蜂窝区控制器40产生信道分派消息，并将该消息提供给主格式器24。此信道分派消息指出2帧后(40ms)后将用来传输高速率的附加的Walsh信道。

信道分派消息能够备有其本身的CRC校验比特以提供附加的可靠性，也能够只用数目最少的附加比特进行传输，而没有其本身的校验比特。如果要将本发明用于时分多址通信系统中，则信道分派消息将规定把数据提供给移动台10的附加时隙。类似地，如果将本发明应用于频分多址通信系统，则信道分派消息将规定要用来向移动台10提供数据的附加频率。

在示范的实施例中，信道分派消息是作为与主信道输出数据组合的附加信令数据提供的。这里，把在高速率数据传输开始之前发送的信道分派消息称之为第一信道分派消息。在上述的第5,550,773号美国专利中详细地描述了将输出话务数据和信令数据组合的方法。在另一个实施例中，用本领域中的公知的方法把第一信道分派数据插入主信道上的输出数据帧。

如上所述，用主格式器24对包含第一信道分派消息的帧进行格式化，并且用主编码器26编码。然后如上所述，把经过编码的码元提供给主交织器28，它把码元重新排序。在示范实施例中，由主调制器30将信道分派消息、信令消息(如果有的话)、控制消息(如果有的话)和一部分数据都在主信道上发送，而附加信道只传输数据。在示范的实施例中，把功率控制比特(如果有的话)插入主信道数据，以提供如在上述的第5,109,501号美国专利中描述的那种类型的闭环功率控制。主信道可以是可变速率或固定速率的，或者能将它用作专用控制信道。由发射机34对经调制的帧进行上变频和放大，然后通过天线36发射。

在示范实施例中，为了使接收机(在图3中描述)有足够的时间准备其接收，在开始高速率数据发送之前提早两帧提供第一信道分派消息。示范实施例中，在建立呼叫期间，由蜂窝区控制器40把附加信道分组，并且发送至移动台10。示范实施例中，在呼叫期间，能够更新这个附加信道组。预先规定附加信道的组，让信道分派消息只需几个比特即可标识要使用的信道。基站能够不发送标识要用的附加信道的信号，而发送掩码信号，该信号将使高速率解调控制器117可标识附加信道。

因为接收携带第一信道分派消息的帧可能出错，因此本发明在主信道上发送的第二信道分派消息中提供信道分派信息冗余度。

在开始高速率数据传输时，数据源20将高速率数据分组提供给去复用器22。去复用器22把高速率数据划分为两部分。把第一部分包含在要在主信道上发送的一个帧中。把第二部分包含在要在附加信道上发送的一些帧中。如上所述，对要在主信道上发送的帧进行处理。

把用于附加信道的数据比特提供给附加格式器25。附加格式器25为输入数据产生一组CRC比特和一组码尾比特。把来自附加格式器25的经格式化的数据提供给附加编码器27，它对数据进行编码，以提供经编码的码元。在示范实施例中，附加编码器27是卷积编码器。

把经编码的码元提供给附加交织器29，如上所述，该交织器按照预定的排序格式对经编码的码元重新排序。在主交织器28和附加交织器29的第一实施例中，交织器使用相同数目的地址但是可变的字长来容纳用于交织的不同大小的数据块。在主交织器28和附加交织器29的另一个实施例中，交织器使用数目可变的地址但是固定的字长来容纳大小变化的数据块。把重新排序的经编码的码元提供给去复用器(DE-MUX)35，它将一个附加帧划分为一些帧，每个帧在一个附加信道上传输。

把每个来自去复用器35的附加帧提供给附加调制器32a-32n中的不同的一个。在示范实施例中，由发射机34在发射之前把来自附加调制器32a-32n的经调制的帧与来自主调制器30的经调制的帧加以组合。发射机34对经组合的信号进行上变频和放大，然后通过天线36发射。

现在参看图3，通过图2的天线36广播的信号在接收机(RCVR)112的天线110处被接收，并提供给该接收机112。接收机112对接收到的信号下变频，滤波并放大，然后把所得信号提供给解调电路111。

解调电路111代表应该采用的RAKE接收机设计中该接收机的一个“搜寻指”。在实现的RAKE接收机中，在移动台10处接收的具有不同的传播路径延迟的多路径信号被分别解调，然后在搜寻指组合器128中把那些解调操作的结果加以组合。在上述第5,109,390号美国专利中详细描述了RAKE接收机的设计和实现。

在示范实施例中，主解调器114和附加解调器120a-120n是如在第4,901,307号和第5,103,459号美国专利中揭示的CDMA解调器。在示范实施例中，主解调器114和附加解调器120a-120n是正交相移键控(QPSK)解调器。

主解调器114根据分派的主信道Walsh序列和PN码对接收到的信号去扩展。把经去扩展的主帧提供给搜寻指组合器128，它把来自搜寻指解调器111的主帧软判决与来自其他搜寻指的软判决加以组合，以提供改进的软判决。把改进的软判决提供给主去交织器118，它根据预定的重新排序格式对经解调的软判决重新排序。在现有技术中，去交织器的设计和实现是公知的。在示范实施例中，为容纳不同大小的数据分组，去交织器118和124或者用数目固定的地址和可变字长工作或者用固定字长和数目可变的地址工作。

去交织器118把经重新排序的帧提供给主译码器122，它对帧译码。在示范实施例中，主译码器122和附加译码器126是Viterbi译码器，其设计和实现是现有技术中公知的。来自主译码器122的经译码的帧通过多路复用器127提供给数据接收器130，它可以是用户或移动台10或者是又一个处理部件。

如果无差错地接收了包含第一信道分派消息的帧，则将经译码的信道分派消息提供给高速率数据控制器117。可以用编程完成必需功能的微处理器实现高速率控制器。高速率数据控制器117把必需的Walsh序列标识和PN码信息提供给附加解调器120a-120n，以解调附加数据。

RF信号由天线110接收并且提供给接收机112。接收机112对接收到的信号进行放大和下变频，并将所得信号提供给主解调器114和附加解调器120a-120n。

如上所述，把来自主信道的经解调的主帧提供给搜寻指组合器128，以提供改进的解调软判决。把改进的软判决提供给主去交织器118，它将软判决重新排序，如上所述。把经重新排序的帧提供给主译码器122，它对经去交织的帧译码，并将经译码的帧提供给多路复用器(MUX)127。

还把接收到的信号提供给附加解调器120a-120n，它们根据在第一信道分派消息中提供的信道信息对信号进行解调。把来自附加解调器120a-120n的经解调的帧提供给搜寻指组合器128以对每个附加帧产生改进的软判决。把经解调的帧的改进的软判决提供给多路复用器(MUX)123，它把包含附加数据的数据分组加以重装。在示范实施例中，多路复用器123根据来自高速率解调控制器117的信号进行工作，该信号指出正在使用的附加解调器以及如何重装包含附加数据的分组。

把经重装的附加数据分组提供给附加去交织器124，它根据预定的去交织格式对软判决重新排序。把经重新排序的软判决提供给附加译码器126。主译码器122和附加译码器126虽然是作为两个分开的部件画出的，但它们能够用相同的硬件(诸如编程以完成规定功能的微处理器或者设计来完成规定功能的专用集成电路(ASIC))来实现。附加译码器126对附加，数据分组进行译码，并且将经译码的比特提供给多路复用器127。

多路复用器(MUX)127把在主信道上发送的经译码的数据与在附加信道上发送的经译码的数据加以组合。把重装的数据分组提供给数据接收器103。

如果发生帧删除，因而第一信道分派消息的内容是未知的，则接收机系统将根据最坏的情形工作。接收机将对尽可能大的附加信道组解调，并且它将对最近用的这样的组解调。然后，一当对用于当前数据分组的第二信道分派消息正确译码后，接收机将判定来自附加信道的哪些帧要被用作有效数据。

如果分别包含第一和第二信道分派消息的两个帧的接收都有差错，则相应的接收到的数据将被舍弃，并宣告删除。

本发明可同样地用于可变速率数据传输和固定速率数据传输。对于固定速率传输，在整个业务范围内信道分派消息数据通常将保持不变。然而，对于信令或其他数据业务，会产生对附加信道的需求，将允许信道分派消息改变以指出传输该数据要使用的附加信道。

对于可变速率传输，则进行调度，从而只对当前数据分组规模分派必需数目的附加信道。要分派的附加信道的数目取决于要发送的数据量。这能够逐帧加以实现。

提供了较佳实施例的上面的描述，以使熟悉本领域的任何人能够作出或使用本发明。对熟悉本领域的人而言，对那些实施例的各种改变是显而易见的，无需创造能力就可以把这里确定的一般原理应用于其他实施例。因此，本发明不打算局限于这里所示的实施例，但要符合与这里揭示的原理和新颖特征相一致的最广的范围。

Claims (5)

1.一种用于发送高速率数据分组的设备，其特征在于，包括：

蜂窝区控制器装置，用于产生第一信道分派消息，所述第一信道分派消息指出将用于支持所述高速率数据分组传输的至少一个附加信道；

发送装置，用于发送所述第一信道分派消息，并用于在主信道和所述至少一个附加信道上发送所述高速率数据分组。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，在发送所述高速率数据分组之前发送所述第一信道分派消息。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，在传输所述高速率数据分组之前提早两帧发送所述第一信道分派消息。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，在发送所述高速率数据之前发送所述第一信道分派消息，即使所述发送装置还用于发送在所述高速率数据分组的第一帧内的第二信道分派消息。

5.一种用于接收高速率数据分组的系统，其特征在于，包括：

第一接收装置，用于对主数据帧解调，并且用于从所述主数据帧提供信道分派消息；

第二接收装置，用于根据所述信道分派消息对至少一个附加数据信道解调。

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