CN1285981A - 在无线电通信系统中数据传输的方法、接收装置和移动站 - Google Patents

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Description

在无线电通信系统中数据传输 的方法、接收装置和移动站

本发明涉及到在无线电通信系统中，特别是在TD/CDMA-移动无线电系统中数据传输的方法、接收装置和移动站。

在无线电通信系统中消息(例如语言，图象信息或者其它的数据)在发送的和接收的无线电站(基站以及移动站)之间是借助于电磁波经过无线电接口进行的。此时电磁波的发射是用载波频率进行的，载波频率是在为各个系统安排的频带上。在GSM(全球移动通信系统)中载波频率的频域为900、1800以及1900MHz。对于未来的无线电-通信系统，例如UMTS(万能移动无线电通信系统)或其它的第3代系统将频率安排在大约为2000MHz的频带上。

当前已有的移动无线电系统GSM(全球移动通信系统)是具有用户分离(时分多址)的TDMA-组成的移动-通信系统。按照帧结构将用户通信连接的有用信息在时隙中传输。传输是用数据块的方式进行的。从GSM-移动无线电系统中此外同样已知与帧结构的时间扫描相匹配的管理信道(BCCH广播控制信道)用于向各个无线电小区中所有的移动站传输信令信息和管理信息。这些管理信息包括在无线电小区中支持的对居住区、无线电小区、信道结构和选件的说明。其它的信令信息是在下行方向发送的。

借助于用最大功率发射的管理信道，移动站进行功率测量，结果表明允许在适合的无线电小区建立通信连接或者转交(移交)。将这个管理信道在有用信息的频域内在适当的时隙中传输。

从DE 197 13 667中已知具有TDMA/CDMA-用户分离(码分多址)的无线电-通信系统，在其中管理信息作为第一个信令信息同样与其它的信息，例如与有用信息共同在一个频域中发射。这种解决方法的缺点是管理信道对有用数据信道带来附加干涉。另外一方面有用信息或者其它的信令信息也会干扰第一个信令信息的传输。管理信道的有效距离也被缩短。

本发明的任务是，改善对其它信息的检测。此任务是由具有权利要求1特征的方法、具有权利要求16特征的接收装置和具有权利要求19特征的移动站解决的。有利的扩展结构可以从从属权利要求中获悉。

在无线电-通信系统中无线电站之间按照本发明进行数据传输的方法，在发送方考虑了将第一个信令信息与其它信息重叠成为一个总信号。将这些信息同步传输。随后将总信号在一个信道上发送，此时不同的信息借助于单独的精细结构是可以区别的。在接收方将接收信号进行处理，此时将第一个信令信息对其它信息的影响通过补偿计算消除。然后对其它信息进行检测。

通过对第一个信令信息影响的补偿计算的措施在其它信息检测之前减少了对准备检测的其它信息的干扰。第一个信令信息可以不受质量损害地用比较高的发送功率，例如用其它信息的发送功率发射，因此提高了有效距离。

这样距离很远的无线电站，例如在相邻无线电小区的移动站，也可以利用第一个信令信息用于功率测量和小区选择。其它信息的传输按照本发明不需要与第一个信令信息进行相关。虽然传输是在一个共同的频带上进行的，也就是说用同样的功率传输的，但是在发送信号的信令部分之间不存在相关。

如果发送方将第一个信令信息比其它信息用比较小的方向选择性发射时，按照本发明的方法特别有利地起作用。在各种方向选择性时接收方借助于在其它信息中置入的训练顺序进行信道评估。

比较小的方向选择性可以通过比较高的过程收益补偿。比较高的过程收益例如可以通过对第一个信令信息选择比较大的扩展系数实现。

第一个信令信息比较大的扩展系数是按照有利的特点达到的，其符号比其它信息符号有比较长的符号周期。第一个信令信息的符号周期可以是其它信息的整数倍。因此所有构成精细结构的CDMA-编码的块有一个块长度(例如是它的整数倍)。为了产生块于是可以使用共同的节拍。

管理信息比较大的过程收益有利地是这样达到的，与有用信息数据率比较可以使用很小的数据率，例如小于或等于1千位/秒。将管理信息限制于最重要的说明，然而这些可以不受干扰地传输。一旦移动站在无线电小区中注册，移动站的第一个信令信息是已知的并且因此可以在后面的其它信息的检测时被省略。

按照本发明其它的扩展结构，发送方将第一个信令信息和其它信息用大约同样的方向选择性发射，并且接收方借助于第一个信令信息进行信道评估。因为传输信道在这种情况下对所有的信息是相似的，一个唯一的信道评估足够了。这意味着在接收方减少了费用。有利的是在发送方发送其它信息时不用具有比较长数据部分的训练顺序。因此提高了其它信息的数据率。

如果接收方使用分集天线方法，则有利的是，信令信息影响的距离对于每个单个的天线单元的接收信号是单个进行的。将因此而改善的接收信号可以随后在检测其它信息时用一种算法处理用于共同的检测上。因此也减少了其它信息的相互影响。

按照本发明的方法可以有利地使用在两种不同的发送方法上。按照第一种方法，发送方将第一个信令信息用连续波传输发射，而其它信息在时隙上是按照TDMA-传输方法发射的。按照第二种方法，发送方将第一个信令信息和其它信息在时隙上用TDMA-传输方法发射。因此按照本发明的方法可以用简单的方法在具有已知TD/CDMA-传输方法的无线电通信系统中实施。然而所有信息也可以用连续波传输发射。

第一个信令信息影响的距离例如是这样进行的，对于第一个信令信息进行信道评估和求出信道系数。从接收信号上减去一个量，这个量相当于信道系数和第一个信令信息至少一部分的已知矩阵的乘积。此时矩阵是在接收方的无线电站上。求出信道系数有利的是通过高斯-马尔考夫(Gauss-Markov)-评估完成的。

为了继续改善接收有利的是，第一个信令信息影响的距离是建立在多个时间点上进行信道评估的。为此对于信道评估进行误差补偿。在进行信道评估的时间间隔内，接收方可以对应于传输条件进行调整。此外有利的是可以使用匹配的信道评估方法，在其中现实的被评估的信道系数比在这之前被评估的信道系数可以有比较高的加权，将这些同样纳入到补偿计算中去。

按照本发明的有利的特点，信道是宽带的和信息是用CDMA-编码扩展的。于是按照本发明的方法特别适合于宽带的信道，在其中可以将信息不受干扰地传输。对于TDMA/CDMA-传输方法本发明进一步扩展，按照TDMA-用户分类方法将其它信息在时隙中用已知的时间扫描进行传输。这允许在已经存在的GSM-移动无线电网络上实施，不需要改变时间扫描。

为了进一步提高有效距离，发送方可以对第一个信令信息和其它信息进行误差保护编码，其中第一个信令信息的误差保护编码比其它信息的误差保护编码可以提供比较好的保护。这带来了特殊的优点，如果例如将第一个信令信息作为管理信息必须发送给全方向和因此没有天线收益提供给被改善的传输。

以下在附图基础上借助于实施例详细叙述本发明。

其中表示

附图1移动无线电网络的方框图，

附图2第一个信令信息和其它信息的各种传输方法，

附图3无线电接口的帧结构的简图，

附图4基站发送装置的方框图，

附图5移动站的接收装置的方框图，

附图6传输装置的方框图，

附图7高频装置的方框图，

附图8发送方的信号处理的方框图，和

附图9接收方的信号处理的方框图。

在附图1上表示的移动-通信系统其结构相当于已知的GSM-移动无线电网络，这是由很多相互构成网络的移动交换站MSC组成的以及与固定网络PSTN建立了入口。此外这些移动交换站MSC与各自至少一个基站监控器BSC相连。每个基站监控器BSC又与至少一个基站BS有可能建立通信连接。这样的基站BS是无线电站，经过无线电接口可以与移动站MS建立信息连接。

在附图1上例如表示了三个无线电连接用于在三个移动站MS和一个基站BS之间传输有用信息ni以及信令信息si。运行和维护中心OMC对于移动站及其部件实现监控和维护功能。这种结构的功能性可以转移到其它移动-通信系统，在其上可以使用本发明。

基站BS与由三个单个发射器组成的天线装置AE相连。每个单个发射器例如对准由基站BS供应的无线电小区的一个区域进行发射。然而也可以选择使用比较多的单个发射器(按照匹配的天线)，这样也可以使用具有匹配天线的空间用户分离方法。这种方向选择的发射用于有用信息ni的发射。

基站BS提供给移动站管理信息oi作为第一个信令信息在居住区(LA居住区)和无线电小区(无线电小区标志)使用。管理信息oi同时经过天线装置AE的所有单个发射器发射。因为不知道，被搜索的移动站MS位于哪个区，对于到用户呼叫(寻呼)的信令信息si也进行对全方向的发射。

在基站BS和移动站MS之间与有用信息ni的通信连接处于多路径传播，多路径传播例如是由建筑物上的反射附加在直接发射路径上引起的。通过天线装置AE一定的单个发射器的定向发射与到全方向的发射相比较产生比较大的天线收益。通过定向发射改善了通信连接的质量。

人们从移动站MS的移动出发，则多路径传播与其它的干扰共同导致，在接收的移动站MS上一个用户信号的不同传播路径上的信号成分与时间有关地重叠在一起。此外从这里出发，不同基站BS的用户信号在接收地方在一个信道上重叠成为一个接收信号rx。接收的移动站MS的任务是，对用户信号中传输的有用信息ni的数据d，信令信息si和管理信息oi的数据oid进行检测。

附图2表示了信息传输的三种变型。在附图2a上有用信息ni和信令信息si按照TDMA-方法和管理信息oi在不是脉冲的，而作为调制的连续波进行传输。按照附图2b管理信息oi也是在时隙ts上传输，而按照附图2c所有信息ni、oi、si是用连续波发送的。

作为附图2a方法的详细实施，在附图3上表示了用户信号的传输是经过具有带宽B的无线电接口，例如B=1.6MHz进行的。此时无线电接口有时分多址-(TDMA)和码分多址-组成(CDMA)。将多个频带-没有表示-可以安排给移动无线电网络。时间坐标t在时间扫描上是由多个时隙ts组成的，例如每个时帧分成8个时隙，传输在无线电数据块进行。多个移动站MS的用户信号同时在同一个信道上传输。每个无线电数据块的用户分离是借助于扩展编码c1至c8以及c9作为信令信道PCH的扩展编码进行的，则8个用户信号和信令信道的1个信令可以同时传输。对于有用信息ni和信令信息si使用统一的扩展方法。

有用信息ni和信令信息si是用块方式在时隙ts上传输。然而管理信息oi与时间扫描无关是用连续波传输(CW连续波)的。

对于有用信息ni进行功率调节，功率调节是与在各个移动站MS和基站BS上单独测量的和信令化的接收功率有关的。对于信令信息si将功率调节使用在单个移动站MS的单独化的信令中。管理信息oi是用恒定功率发射的。

有用信息ni的数据d的扩展和管理信息oi的数据oid的扩展是按照附图3对于有用信息ni通过每个数据符号d的扩展用扩展编码c1至c8中的一个进行的，其中由每个数据符号的块数定义的扩展系数是用Q1至Q8标志的。第一个用户信号的扩展系数Q1例如等于三。扩展编码c1从数据符号d到数据符号d是重复的。信令信息si用扩展编码c9的扩展相当于有用信息ni的扩展。

管理信息oi的数据oid的扩展是按照DS-CDMA-方法进行的，此时这种数据符号的符号周期大大地大于有用信息ni数据d的符号周期。DS-扩展编码是一个连续的扩展编码具有扩展系数Q10=12，这大于有用信息ni的扩展编码。其中用于扩展有用信息ni和管理信息oi的块的长度一样。

管理信息oi的数据率例如为200位/秒，而有用信息ni在语言传输情况下用数据率为16千位/秒进行传输。在附图3上扩展系数Q1与Q9之比没有按照尺寸比例准确地划出。管理信息oi可能的过程收益在实施例中为P=1.6MHz/200Hz即略小于40dB。

在传输具有有用信息ni的数据d的无线电数据块之间的间隔期间继续传输管理信息oi。

附图4表示了发送装置的结构，例如在基站BS上。发送装置包括信号处理装置SP，例如是一个数字信号处理器，这个信号处理器被控制装置SE控制。此外发送装置包括编码装置COD，这个编码装置执行以后表示的卷集编码和块编码功能以及频率范围转换。组合装置MUX将有用信息ni的信号，信令信息si的信号和管理信息的信号组合成一个发送信号tx。管理信息oi的发送功率相当于其它信息si、ni的发送功率。传输装置UE准备发送信号tx用于发射。发送信号tx的发射是经过天线装置AE进行的。

在信号处理装置SP上将在时隙上的八个通信连接的用户信号在复用装置K上分配给一个时隙ts。在信号处理装置SP上通过信息ni、si、oi的扩展与被分配的扩展编码产生信号，这个信号在组合装置MUX上在一个信道上重叠成为一个共同宽带的信号。

在附图5上表示了接收装置。将从天线装置AE上接收的接收信号rx在与发送装置传输装置UE相对应的高频装置HF-E上，放大、转换成基带和解调。耦合装置KE将高频装置HF-E经过消除管理信息oi对有用-和信令信息ni、si影响的装置PC与信号处理装置SP相连接。

将消除管理信息oi影响的装置PC使用在每个天线单元A1、A2上，也就是说在分集天线-接收时在两个接收分支上改善接收信号rx。如果只将天线单元A1使用作为天线装置AE，只安排一个装置PC。此时将消除管理信息oi影响的装置PC在信号处理装置SP中实现。

在装置PC中用接收器已知的块顺序的基础上进行涉及到管理信息oi的信道评估，其中确定信道系数h

                        h=[h₁，h₂…h_W]^T信道系数说明长度为W的信道脉冲响应。

在下面只分析扫描值B，扫描值只受被处理的无线电块的影响，因此不需要考虑受前面的或后面的无线电块的干涉。

接收信号rx与扫描值e相对应，扫描值相当于一个矢量

                e=[e₁，e₂…e_B]^T=e_pi+e′

矢量e_pi和e′是管理信息oi(引导信道)以及其它信息ni、si以及附加噪声(在e′中)的分量。

在接收器上已知在管理信息oi上传输的块顺序。这个长度为B+W-1的块顺序被称为s_i，1≤i≤B+W-1，则由管理信息oi的扫描值e_pi的至少一部分具有复数数值的矩阵Ps可以假设为：

用高斯-马尔考夫-评估进行的高精度的信道评估因此产生的评估值为：

另外也可以使用信号匹配滤波器，在大约比较小的功率时可以费用低廉地实现。

如果忽略在e′中的噪声成分，则R_e′e′可以在发送方从脉冲形状滤波器已知的频谱特性中求出。

当假设，R_e′e′=σ2|和当块顺序的这样的自相干特性时，P^H _sP_s相当于有比例的单元矩阵，信道评估减少成为信号匹配的滤波：管理信息的影响随后按照以下补偿运算可以消除：

则随后将被改变的矢量

使用在数据检测上。

从无线电块到无线电块被评估的信道系数h变化很小，则将多个无线电块的接收信号可以考虑用于信道评估上

在两个被考虑的无线电块上产生的扫描值按照：e⁽²⁾=[e₁，e₂…e_2B+W-1]^T=e⁽²⁾ _pi+e^(2)′，其中管理信息oi的影响可以按照以下方式压缩： $e_{\mathrm{Pi}}^{\left(2\right)}=\[\underset{P_2}{\overset{P_2}{P_0}}\]\·h=P\·h,$ 其中Ps对应于上述定义和

于是在高斯-马尔考夫-评估时将 e、Ps用

e(2)、P代替。

然而当比较大的波动时应该使用匹配的信道评估，匹配的信道评估可以建立在LMS-或者RLS-方法基础上。在时间强烈变化的信道上匹配的信道评估比建立在处理中间部分基础上的评估要可靠得多。为此可以安排，将其它信息ni、si没有训练顺序(中间部分)在两个数据部分中间进行发送，然而此数据率由于插入其它有用信息被提高。

信号处理装置SP作为数字信号处理器此外包括JD-处理器JD-P用于按照JD-CDMA-方法检测有用信息ni和信令信息si，和具有RAKE-接收器用于检测管理信息oi。

如果管理信息oi没有用连续波传输，则管理信息oi也在JD-处理器JD-P上进行检测。如果管理信息以及信令信息oi、si在自己的时隙ts中传输，则只对这些时隙进行检测。

检测平行进行，此时为了检测管理信息oi信号处理装置SP将接收的数据d与在接收器上已知的扩展编码进行相关，以便减小接收信号的带宽和加大信令电平与噪声电平的距离。因此检测也可以在有干扰的干涉情况下或者也可以在符号之间进行。装置PC从RAKE-接收器中将被检测的管理信息oi反馈回来用于连续的补偿运算。在解码器DEC上将发送方的编码反馈回来。

在移动站上RAKE接收器RAKE以及JD-处理器JD-P测量在管理信道BCCH上管理信息oi的接收功率和使用它作为交换到其它小区和功率调节的决策的参考。对于用户呼叫信息(寻呼)使用下行方向的用户呼叫信道PCH，为此移动站MS与被呼叫的移动站MS的说明进行比较。对应于具有移动站有关数值的说明，用户存取可以在用户存取信道RACH上在上行方向进行。对于三个上述信道BCCH、PCH和RACH进行加强的误差保护，因为在这些上不可能有方向选择的发送和接收。加强的误差保护超出一种误差保护的范围，这种误差保护有可能考虑用于其它目的。

无线电站MS、BS的部件用于准备高频的发送-以及接收信号tx、rx表示在附图6和7中。

按照附图6的传输装置UE包括对于实数部分和虚数部分的数字/模拟-转换器D/A，第一个模拟发送滤波器FS1用于在基带上的信号的低通滤波，第一个混合级MS1用于将发送信号tx转换到发送频带上，和功率放大器PA用于将发送信号tx放大。

按照附图7的高频装置HF-E包括第一个模拟接收滤波器EF1，接收放大器RPA用于测量和放大接收信号rx，第二个混合级MS2用于将接收信号rx转换到基带上(也可以使用多个混合级)，第二个模拟接收滤波器EF2和最后对于实数部分和虚数部分的模拟/数字-转换器A/D，这个转换器产生数字的接收信号rx。

高频装置HF-E和传输装置UE是设计成宽带的，例如频带至少为B=1.6MHz。

按照附图8的发送器接收数据源在这之前数字化的数据符号。对于信令信息si、oi进行块编码，在这之后对于所有信息ni、si、oi在卷集编码器FC上连接上信道编码，例如对于有用信息ni的率为1/2和结构长度为5。随后在交叉存取I中用频率范围转换深度4或16进行频率范围转换。

频率范围转换的数据随后在调制器MOD4-PSK上进行调制，转换成4-PSK符号和随后在扩展装置SPR上对应于单独的扩展编码进行扩展。这个处理是在信号处理装置SP上对于有用信息ni和信令信息si、oi平行进行的。

在求和环节S上将有用信息ni和信令信息si的数据信道上被扩展的数据重叠在一起，此时在重叠时将有用信息对应于所期望的发送功率进行调节得到一个加权。将被重叠的信号输入给无线电块形成器BG，这个在考虑通信连接单独的中间部分组合成无线电块。

因为使用综合的CDMA-编码，这个编码是由二进制CDMA-编码与j^q-1相乘推导出来的，块脉冲滤波器CIF的输出信号，这个输出信号通过与无线电数据块形成器BG相连的GMSK调制和有大约恒定的包容，如果通信连接只使用一个数字信道时。块脉冲滤波器CIF与GMSK-主脉冲进行一个卷集。

接收方(见附图9)在高频装置HF-E进行模拟处理之后在数字低通滤波器DLF上进行接收信号的数字低通滤波。随后进行上述的消除管理信息oi对接收信号的影响。将因此而改善的接收信号的一部分传输给信道评估器KS。用联合检测数据评估器DE对所有具有有用信息ni和信令信息si、oi的通信连接共同进行数据评估。在RAKE-接收器RAKE情况下将管理信息oi分开处理。将信息ni、si、oi分开之后在解调器DMO上进行解调，在解交叉存取器DI上进行频率范围转换和在卷集解码器FD上进行信道解码。对于信令信息si、oi在数据块解码器BD上进行附加的数据块解码。

发送方和接收方将数字的信号处理通过控制装置SE进行控制。控制装置SE特别考虑了每个通信连接的数据信道的数量，数据信道的扩展编码，现实的无线电块结构，对信道评估的要求和各种信息ni、si、oi的误差保护编码和-解码的单独调节。