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CN1130044C - 对多个用户的数据进行数字无线传输的方法 - Google Patents

对多个用户的数据进行数字无线传输的方法 Download PDF

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Abstract

在利用时分复用对多个用户的数据进行无线传输的方法中，多个不同用户的数据是在一个时分复用帧的时隙内传输的，其中数据在时隙中的位置确定了相应的用户。由此可实现传输容量的灵活分配。另外，数据符号也可借助长度可变的扩展码进行编码，并由此在一种具有预定传输带宽的、基于CDMA的系统中传输。这样可以最佳地利用现有的传输容量。

Description

对多个用户的数据 进行数字无线传输的方法
技术领域
本发明涉及一种对多个用户的用户数据进行面向帧的传输的方法。
背景技术
对于语音通信、无绳传真应用或计算机应用的数据，其数字式的无绳传输在平面覆盖的蜂窝数字式移动无线网的建设范围内广为流行。在此，基本上有三种已知方法被用来给各个用户划分通信单元内的可用传输带宽。在TDMA(时分多址)方法中，不同用户的数据在不同时隙内以时分复用的形式被传输。在FDMA(频分多址)方法中，用户是根据不同的频带而进行划分的，而在CDMA(码分多址)方法中，不同用户的数据是利用不同的码进行编码的。在实际中，经常使用所述方法中的两者组合。在许多国家都国际性地采用了移动电话标准GSM(全球移动通信系统)，它使用的譬如就是TDMA和FDMA的组合。下面借助附图1简要地讲述一下示例的GSM空中接口，也即用于无线信号传输的传输协议。德国和大多数欧洲国家所使用的GSM网工作在两个传输频带内，即890～915MHz和935～960MHz。但也可以选择其它的频率。譬如，同样按照GSM标准的DCS-1800系统工作在频率范围1800MHz(E-网)。
在GSM系统中，譬如信道间隔为200kHz的124个信道被用于上行链路，同样信道间隔为200kHz的124个信道被用于下行链路(参见附图1)。每个这种波道又被划分为时延为4.615ms的时分复用帧或TDMA帧。而每个时分复用帧又由8个时延为577μs的时隙组成。每个时隙的中间含有一个用于同步的训练序列，时隙的首部和尾部分别为前序列数据和后序列数据，而且在两个时隙(脉冲串)之间具有一个防护时间。其它情况譬如参见David，Benker的“数字移动无线系统”，斯图加特，1994年，第326～362页的说明。
对于移动无线小区内的每个用户，均需要所述124个信道中的一个信道的时隙用于上行通信，以及还需要一个时隙用于下行通信。因此，该方法的缺点在于：对于每个传输帧，每个用户都被分配了一个时隙的固定传输容量，而该容量又经常是不用的。
US5,193,091公开过一种TDMA通信系统，其中，在分配有皮小区(被划分而成)的皮蜂窝移动无线发射装置/接收装置的分配有微蜂窝(包括有皮蜂窝)的微蜂窝移动无线发射装置/接收装置之间，消息是通过被再划分为多个时隙的无线信道传输的，其中至少有一个时隙被再划分为多个子时隙，这样，微蜂窝移动无线发射装置/接收装置便在时隙内传输消息，而皮蜂窝移动无线发射装置/接收装置则在子时隙内传输消息，其中各个子时隙被分配给各个皮小区。
发明内容
由此，本发明的任务在于，在基站和多个用户之间建议一种对数据进行数字无线传输的方法，其中，传输容量可以根据数据速率不同的不同用户来进行划分，譬如按语音通信和数据通信划分。
该任务由以下的方法来解决。
在时隙帧内对基站和多个用户之间的数据进行数字无线传输的方法，其中，多个不同用户的数据在一个时隙内传输，其特征在于，有用数据在时隙中的位置确定了相应的用户。
本发明还包括基于上述方法的优选扩展方案。
根据本发明的方法，在多个不同用户和基站之间传输的数据是以时隙帧的形式进行传输的，其中，数据在时隙中的位置确定了相应的用户。在接收机接到的时隙内，用户对检测数据符号的位置进行识别，以确定该符号是否属于为它所分配的数据序列。相反，基站在检测数据符号的位置处识别出该数据是从哪些用户或移动部件发送出来的。于是涉及到时帧内的第二时分复用级。然而，与TDMA帧相反，该时分复用数据包的长度是可变的。
不同用户的数据可以在时帧内以符号或块的形式交织地传输。在块式交织中，需要较高传输质量的用户(如用于数据通信)可以在同步训练序列的附近传输。时间变化的多路传输通道借助训练序列或领示序列来进行估测，而对于直接相邻排列的数据符号，可以很好地为其预言取决于信道的畸变。因此，与数据符号排列较远的情况相比，这种数据符号可实现更高的检测可靠性。
在本发明的一种优选扩展方案中，在基于CDMA的系统中采用了可变的扩展码长度。在此，需传输的数据符号借助扩展码进行编码传输。通过对扩展码长度进行匹配，可以在传输系统预定的码片速率保持恒定的情况下(在恒定的传输带宽情况下)实现与用户所希望的数据符号速率相匹配。
为了同时传输多个用户的数据符号，优选地在CDMA系统中采用了多个长度可变的正交扩展码。正交扩展码可以由接收机很容易地分离出来。对此，在长度为n个符号的情况下，一共使用n个正交扩展码，这样，尽管有频率扩展，也可以最优地利用可供使用的带宽。正交扩展码的元素可以譬如位于复数平面的单位圆上。
附图说明
下面借助附图来详细阐述本发明，其中，
图1示出了已知的GSM空中接口；
图2示出了本发明方法的TDMA时隙；
图3示出了本发明方法的经过扩展编码的CDMA/TDMA时隙；以及
图4示出了在本发明无线传输方法中，发射机和接收机之间的传输通路的框图。
具体实施方式
图2示例地示出了具有8个时隙的时分复用TDMA帧。但本发明并不局限于时隙或时分复用帧的某一种排列。时隙可以包含如下成分：数据位，前序列，中间序列，后序列和防护频带或防护时间(GP)。在GSM系统中，训练序列是以中间序列的形式设置的。但训练序列或领示序列也可以排列在时隙的其它区域。在本发明的数字无线传输方法中，一个时隙至少具有一个数据区。该数据区又被划分为由不同用户的N个传输数据符号组成的块。在图2所示的实施例中，4个用户的数据符号或数据位被安放在一个数据块内。
在一个时隙内，多个用户的数据符号排列有两种不同的可能性：
1.完全交织：
(譬如：3个用户，用户1和2的数据速率为X，用户3为双倍数据速率2X)
用户1占有传输数据符号1，5，9，13，…N-3。
用户2占有传输数据符号3，7，11，15，…N-1。
用户3占有传输数据符号2，4，6，8，10，12，14，16，…N-2，N。
2.形成块：
(譬如：3个用户，用户1和2的数据速率为X，用户3为双倍数据速率2X)
用户1占有传输数据符号1，2，3，…N/4。
用户2占有传输数据符号N/4+1，N/4+2，…N/2。
用户3占有传输数据符号N/2+1，N/2+2，…N。
从该实施例可以看出，通过在一个时隙里同时使用数据块，多个用户可以最优地利用数据容量。供使用的传输容量可以同时被灵活地分配。在上述实施例中，用户3被分配了两倍于用户1和2的数据速率。
各个数据符号或数据块在时隙中的位置规定了相应的用户。该信息可以放置在时隙的前序区域、后序区域或类似区域的控制信号区内。在所述的、不同用户数据符号的块式排列中，尤其需要较高传输质量的用户数据可以在排列在训练序列的附近(如：图2所示的实施例中的用户1)。时间变化的多路传输通道借助训练序列或领示序列来进行估测，而对于直接相邻排列的数据符号，可以很好地为其预言取决于信道的畸变。因此，与数据符号排列较远的情况相比，这种数据符号可实现更高的检测可靠性。只要引入了信道性能估测，该作用就与所选的检测器无关。
下面借助实施例和参考附图3来详细说明基于CDMA系统、并利用可变扩展码长度进行扩展编码的本发明的应用。为了能够有利地使用本发明在一个时隙内传输多个用户数据符号的传输方法，若当前所需的数据速率低于最大传输容量，则可以借助规定长度为n个符号的扩展码对数据符号进行扩展。因此，在TDMA时隙内，除了时分复用块和码片外，还进行了CDMA划分。于是，在图3所示的实施例中，9个不同用户的数据在TDMA时隙内的24个块(6个时分复用块×4个不同的扩展码)内传输，其中，为各用户分配一个块(用户8与9)或4个块(用户7)。无线传输对传输频带内的窄带干扰的灵敏度较小。传输只是受到防碍，而不会产生整个失灵。通过对扩展码长度进行匹配，可以在传输系统预定的码片速率保持恒定的情况下(在恒定的传输带宽情况下)实现与用户所希望的数据符号速率相匹配。在较高的用户数据速率时，扩展码长度缩短，用户的数据符号由此以较少数目的码片传输。为了实现每个有用比特的能量相同，需要以一个相应的因数来提高发射功率。在用户的有用数据速率较小的情况下，可增大扩展码长度和减小功率。
若使用了可由接收机容易地分离出来的多个正交扩展码，便可以尽可能好地利用可供使用的传输带宽，这是因为，当扩展码长度为n个代码符号时，一共有n个正交扩展码可供使用，而不同用户的数据符号可以利用它们并行地传输。在此，数据符号到相应用户的分配既可以通过时隙内的符号位置或符号块位置来实现，也可以通过选定的扩展码来实现。在此，多个用户数据流可以利用不同长度的、但相互正交的扩展码来同时并行地传输。
在TDMA系统中，通过引入可变的扩展，可以在用户数据速率极低的情况下避免脉动式工作。每个用户比特在通过扩展后分布成多个“码片”，并利用传输信道的预定时钟速率无间断地发送该码片符号。此处的发射功率也可以以扩展因子来缩小。
下面来讲述具有扩展编码的本发明方法的三个实施例。在实施例中，扩展码或CDMA码由4个符号组成(在第一和第二实施例中为1，j，-1，-j，其中 j = - 1 )。每个用户数据符号(比特)都通过码扩展、也即乘以一个扩展码符号而被扩展成由4个符号组成的所谓“码片”。
实施例(1)：Q＝4，一个用户
码片号 1|2|3|4|  5|6|7|8|  9|10|11|12|  13|14|15|16|  17|18|19|20|  21|22|23|24|
CDMA码 1j-1-j  1j-1-j  1j-1-j  1j-1-j  1j-1-j  1j-1-j ***
用产数 第1比特  第2比特  第3比特  第4比特  第5比特  第6比特 **
据 *
实施例(2)：Q＝4，用户数＝2
码片号 1|2|3|4|  5|6|7|8|  9|10|11|12| 13|14|15|16|  17|18|19|20|  21|22|23|24|
CDMA码 1j-1-j  1j-1-j  1j-1-j 1j-1-j  1j-1-j  1j-1-j ***
用户数据 1∶1  2∶1  1∶2 2∶2  1∶3  2∶3 ***
实施例(3)：Q＝4，用户数＝6，CDMA码数＝3
码片号 1|2|3|4|  5|6|7|8|  9|10|11|12|  13|14|15|16|  17|18|19|20|  21|22|23|24|
CDMA码 1j-1-j  1j-1-j  1j-1-j  1j-1-j  1j-1-j  1j-1-j ***
用户数据 1∶1  4∶1  1∶2  4∶2  1∶3  4∶3 ***
CDMA码2 1 j 1j   1 j 1j   1 j 1j   1 j 1j   1 j 1j  1 j 1j
数据符号 2∶1   5∶1   2∶2   5∶2   2∶3  5∶3
CDMA码3 1-j-1j   1-j-1j   1-j-1j   1-j-1j   1-j-1j  1-j-1j
数据符号 3∶1   6∶1   3∶2   6∶2   3∶3  6∶3
在第一实施例中，只有一个用户的数据符号(第1比特，第2比特，…)在时隙的数据段内传输。多个比特相继地与扩展码(1，j，-1，-j)相乘，并由此扩展成4个均形成码片的符号，然后进行传输。
在第二实施例中存在2个用户。数据符号总是与相同的扩展码相乘，并以扩展码片的形式在时隙内的相继位置上交替地传输。
在第三实施例中，一共有6个用户。为了提供足够的传输容量，总共使用了3个正交扩展码或CDMA码。若两个码的乘积为零，则它们是正交的。因此，不同用户利用正交码产生的码片可以容易地分离出来。在第三实施例中，为用户1和4采用了扩展码(1，j，-1，-j)，为用户2和5采用了码(1，j，1，j)，以及为用户3和6采用了码(1，-j，-1，j)。这样，在时隙中可以扩展6个用户的数据，并时分复用地对其进行传输。需要指出的是，当代码的长度为n＝4个符号时存在4个正交码，这样，同没有扩展的数据传输相比，一个时隙帧内可以在4倍的带宽条件下传送4倍的数据量。
图4以语音通信为例，示出了一种数字无线传输方法的传输通路框图。语音活动检测器2测定用户是否讲话，并相应地激活或禁止高频发射器11。语音信号通过编码器1、3、4进行编码，并在装置5内排列各个比特。数据在扩展编码器6内进行扩展编码，然后借助交织器7进行交织和借助加密器8进行加密。在时隙装配器(脉冲串装配器)9内，经过编码、交织和加密过的数据符号被装入到时隙的数据区内。另外，在时隙的一段中加入位置信息。数据由GMSK调制器10进行调制，并由HF发射器11通过信道20传输到HF接收器11′，然后由GMSK解调均衡器10′进行解调。时隙或脉冲串通过脉冲串分解器9′进行分解，由此获得的数据由解密器8′解密和由去交织器7′去交织。利用相反的扩展码，数据由扩展解码电路6′进行解码，经过比特排列后，数据又由解密器1′、3′和4′解码。为了进行语音通信，可以设置一种噪音抑制装置12。
本发明建议了一种数字无线传输方法，其中，多个不同用户的数据符号在一个时分复用帧的时隙内传输，其中数据的位置确定了相应的用户。这可以实现灵活地给用户分配传输容量。在本发明方法的一种扩展方案中，不同用户的数据符号借助了长度可变的扩展码进行编码，并由此在一种具有预定传输带宽的、基于CDMA的系统中传输。这样可以最佳地利用现有的传输容量。

Claims (7)

1.在时隙帧内对基站和多个用户之间的数据进行数字无线传输的方法，其中，多个不同用户的有用数据在一个时隙内传输，
其特征在于，
有用数据在时隙中的位置确定了相应的用户.
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
需传输的不同用户的数据符号以符号的形式在时隙内交织地传输。
3.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
需传输的不同用户的数据符号以块的形式在时隙内交织地传输。
4.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，
要求较高传输质量的用户数据符号块在同步训练序列的附近传输。
5.根据权利要求1～4之一所述的方法，
其特征在于，
需传输的不同用户的数据符号在传输时借助扩展码进行了编码。
6.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于，
为了同时传输多个用户的数据符号，采用了长度可变的多个正交扩展码。
7.根据权利要求6所述的方法，
其特征在于，
正交扩展码的元素位于复平面的单位圆上。
CN99807659A 1998-06-22 1999-06-22 对多个用户的数据进行数字无线传输的方法 Expired - Fee Related CN1130044C (zh)

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