专利名称：通信系统中发送信号的装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及通信系统，更具体地讲，涉及在这种通信系统中发送信号。
已经有人提出用前向链路(基站至移动站)发送分集来改进码分多址(CDMA)通信系统的性能。为实现前向链路发送分集，从一个附加天线发送原始信号的延迟(但其它方面是相同的)复制信号。在移动站，本领域技术人员所熟知的RAKE接收机能够分辨这些延迟信号，并把它们组合以增强信号接收，特别是在遭受典型的移动传播特性，例如存在瑞利(Rayleigh)衰落时。执行前向链路发送分集的系统能够提供对CDMA环境中的干扰和多径效应的改进的敏感性和鲁棒性。
但是，在当前的移动站中，RAKE接收机仅能够分辨和组合总共三个(3)同时射线。这些射线不仅能够从上述前向链路发送分集技术产生，而且特别也能够由(a)从其它蜂窝小区接收的用于特定用户的信号(软越区切换，softhandoff)，(b)从其它扇区(在一个蜂窝小区内)接收的用于那个用户的信号(次软越区切换，softer handoff)，或(c)由于上述任何一个或所有信号的环境(多径)而造成的多路反射产生。因此，可以明白在某些情况下，移动站内RAKE接收机的各种限制妨碍了有利地使用从前向链路发送分集的应用产生的附加射线。实际上，当发生这种情况时，确实造成了CDMA接收中的品质降低，对系统性能产生不利影响。
与在CDMA通信系统中实施前向链路发送分集相关的另一个问题是，从附加天线发送的原始信号的延迟(但其它方面是相同的)复制信号对于原始信号起干扰作用。用CDMA术语讲，从附加天线发送的原始信号的延迟(但在其它方面是相同的)复制信号不与原始信号正交，并且起自干扰的作用。由于CDMA通信系统是干扰受限的，对于特定覆盖区增加未保持正交性的干扰同样会造成CDMA系统性能的退化。
Kotzin等在转让给本发明受让人的，题目为“Method and Apparatusfor Transmitting Signals in a Communication System”的(第CE04492N号代理人公文)美国专利中提出了一个用于在CDMA通信系统中执行前向链路发送分集的方法。通过执行其中所述的方法，实现了对CDMA通信系统中前向链路发送分集的改进。以这种方法实现改进前向链路发送分集的能力也导致了其它能够获得改进的CDMA系统性能和质量的有利手段。
图1概括地示出了如现有技术中的一个具有在整个扇区发送的专用导频信道的120°分区的蜂窝覆盖区；图2概括地示出了具有两个天线以支持前向链路发送分集的基站支持的图1的120°分区的蜂窝覆盖区的方框图；图3概括地示出了一个与利用现有技术的正交码分配的移动站进行CDMA通信的基站的发射机；图4概括地示出了一个与利用根据本发明的正交码分配的移动站进行CDMA通信的基站的发射机；图5概括地示出了现有技术的执行前向链路发送分集的正交码分配；图6概括地示出了根据本发明的执行前向链路发送分集的正交码分配；图7概括地示出了根据本发明的执行前向链路发送分集的IS-95A沃尔什(Walsh)正交码分配的实例；图8概括地示出了根据本发明的一个有利地执行正交发射分集的发射机；图9概括地示出了一个根据本发明的用于接收来自图8的发射机的发送的替代实施例接收机。
一般地讲，正交发送分集是通过利用数据分割器把信道信息细分为至少一个第一比特部分和一个第二比特部分实行的。每个部分用其本身的沃尔什码扩展，以便最终通过预定载频向移动站发送。当第一和第二部分中的比特数小时，使用独立的沃尔什码保持正交性。当第一和第二部分中的比特数相对大时，使用时分多路复用传输保持正交性。一个控制器控制信道信息的细分以及一个交插器，以进一步增强分集传输的效果。把有关细分的控制信息发送给移动站，因而使得能够在译码前准确地重建信道信息。
更具体地讲，通信系统中的基站包括多个用于发送包括信道信息的信号的天线，和用于把信道信息细分为至少一个第一部分和一个第二部分的装置。基站还包括一个装置，用于经过多个天线中的一个第一天线向一个移动站发送信道信息的第一部分，和经过多个天线中的一个第二天线向该移动站发送信道信息的第二部分，以及发送有关信道信息细分的控制信息。
细分装置把信道信息细分为一个具有至少1比特的第一部分，和一个具有至少1比特的第二部分。把第一和第二部分在交替的时间中或实际上相同的时间内发送到移动站。细分信道信息的装置也把信道信息细分为相等的或不相等的第一和第二部分。当细分成不相等的第一和第二部分时，可以把信道信息细分为一个具有全部信道信息的第一部分，和一个没有信道信息的第二部分。沃尔什码分配随信道信息的细分而变化，而从第一天线和第二天线发射的功率电平可根据系统特性而改变。根据系统特性，从第一天线发射的功率电平和从第二天线发射的功率电平可以改变为相等的或不相等功率。
发送装置也经过第一和第二天线发送导频信号，其中每个导频信号由不同的沃尔什码扩展。通过一种半空白和突发技术或一个控制信道，特别是一个慢接合控制信道(SACCH)，把有关信道信息细分的控制信息发送到移动站。该控制信息包括发送到第一和第二天线的第一和第二部分内的比特数，比特的比率，或每一天线的沃尔什码分配。信道信息由业务信道信息和控制信息构成。
更一般地讲，通信系统中的基站包括多个用于发送包括信道信息的信号的天线；和细分装置，用于把信道信息细分成至少一个第一部分和一个第二部分因而使得能够经过多个天线中的一个第一天线把信道信息的第一部分发送到一个移动站并且经过多个天线中的一个第二天线把信道信息的第二部分发送到该移动站。基站还包括用于根据系统特性控制信道信息细分的装置。系统特性包括移动站经历的每个天线的衰落量，和移动站接收的第一或第二部分的接收质量。
移动站中的接收机包括一个用于接收发射机从对应的第一和第二天线发送的第一和第二信号以及有关在发射机的信道信息细分的控制信息的装置，其中第一信号包括信道信息的一个第一部分，第二信号包括信道信息的一个第二部分，一个根据有关信道信息细分的控制信息重组信道信息的第一部分和信道信息的第二部分的装置。控制信息包括发送到第一和第二天线的第一和第二部分内的比特数，比特的比率，或每个天线的沃尔什码分配。
结合这里公开的本发明技术的一种通信系统在基站包括多个用于发送包括信道信息的信号的天线，和一个用于把信道信息细分成至少一个第一部分和一个第二部分的装置。基站进一步包括一个发送装置，用于经过多个天线中的一个第一天线向一移动站发送信道信息的第一部分，和经过多个天线中的一个第二天线向该移动站发送信道信息的第二部分，以及发送有关信道信息细分的控制信息。在移动站，一个用于接收的装置接收从第一和第二天线发送的第一和第二部分，以及发射机处有关信道信息细分的控制信息，一个用于重组的装置根据有关信道信息细分的控制信息把信道信息的第一部分和信道信息的第二部分重组为实际信道信息。
一般地讲，通信系统中的一个基站包括多个用于发送包括信道信息的信号的天线，和一个用于把信道信息细分成至少一个第一部分和一个第二部分的装置。基站还包括一个发送装置，用于经过多个天线中的一个第一天线在预定载频上向移动站发送信道信息的第一部分，和经过多个天线中的一个第二天线在该预定载频上向该移动站发送信道信息的第二部分。
图1概括地示出了现有技术所熟知的一个具有在遍及它们各自扇区发送的专用导频信道PilotA-C的120°分区的蜂窝覆盖区(蜂窝小区)。为了便于说明，在图1中仅示出了一个蜂窝小区100，但是熟悉本领域的普通技术人员应当知道，典型的蜂窝通信系统具有许多相互邻接的这种蜂窝小区。如图1中所示，具有三个CDMA收发信机的基站103位于蜂窝小区100的中央，三个收发信机中的至少一个能够经过无线空中接口与移动站106通信。在本优选实施例中，无线空中接口是与IS-95A中定义的码分多址(CDMA)蜂窝通信系统兼容的。要获得有关IS-95A的更多的信息，见TIA/EIA/IS-95-A，Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual Mode Wideband SpreadSpectrum Cellular System，1995年3月由Electronic IndustriesAssociation(EIA)出版(2001 Eye Street，N.W.，Washington，D.C.20006)。
图2概括地示出了具有两个天线218，222以支持前向链路发送分集的基站103支持的图1的120°分区的蜂窝覆盖区的方框图。也是为了简捷，仅在图2中示出了图1的扇区A。如前面所讲的，图2中所示基站103能够经过CDMA通信信道与移动站106通信。耦合于基站103的是一个特别用于执行主要与通信系统有关的代码转换和交换功能的控制器209。控制器209耦合于一个主要执行与陆线网有关的交换功能的移动交换中心(MSC)212。耦合于MSC 212的是公共交换电话网(PSTN)215，其特别包括能够向/从CDMA通信系统内的移动站106始发和/或接收通信的始发用户、传真机等。
图2中还示出了能够在扇区A的覆盖区内实现前向链路发送分集的一对天线218和222。现在可以参考图2和图5说明有关前向链路发送分集的现有实施方法的问题。分配一组正交码以便经过天线218和222发送。在优选实施例中，正交码是沃尔什码。如图5中所示，利用沃尔什码WX经过天线218和222发送了导频信道PilotA。为了测量和捕获的原因，把这个导频设置为具有比任何其它单独发送的信号更大的幅度——可能是最大发射总功率的20％。图5中也示出了，经过天线218和222向移动站106发送了对N个独立用户的全部业务信道信息(TCHN)，其使用的沃尔什码与导频信道PilotA所用的不同，但对于经过天线218和222发送是相同的。这些沃尔什码表示为沃尔什码Wi至Wk。尽管在天线218和222发送的信号之间在时间上被延迟，并且移动站106内的RAKE接收机可以分辨这些信号并把这些信号组合成复合信号，经过天线218和222发送的信号相互不正交，因而增大了覆盖区即扇区A内的干扰量。因此，并且由于前面说明过的原因，执行前向链路发送分集获得的一些潜在优点由于原始信号的复制信号造成的增大干扰而减弱。
图3概括地示出了利用现有技术的正交码分配与移动站进行CDMA通信的基站的发射机300。如图3中所示，业务信道比特303形式的信息经过处理器305以特定的比特率(例如，9.6千比特/秒)输入到编码器304中。处理器305主要从耦合到一个控制器(图3中未示出)的接口309接收业务信道比特303。处理器305也耦合到一个标记为有关功能的方框307，在那里执行包括呼叫处理、链路建立的功能，以及其它有关建立和维持蜂窝通信的一般功能。在本优选实施例中，业务信道比特303包括话音信息，数据信息，或是二者的组合。编码器304用一种有助于后续的把数据符号最大似然译码为数据比特的编码算法(例如，卷积或分组编码算法)以固定的编码速率(l/r)把业务信道比特303编码为数据符号306。例如，编码器304能够以1数据比特比2数据符号(即，速率＝1/2)的固定编码速率对以9.6千比特/秒速率接收的业务信道比特303(例如192输入数据比特)进行编码，因而编码器304能够以19.2千符号/秒的速率输出数据符号306(例如，384个数据符号输出)。熟悉本领域的人员应当知道，编码器304能够以其它速率编码(即，速率＝全速率，速率＝1/8)。
把数据符号306输入到一个交插器308中，其将数据符号306组织成码组(即，帧)并且在符号级对输入数据符号306进行码组交插。在交插器308中，数据符号被单个地输入到一个定义数据符号的一个预定大小的码组的矩阵中。以一列接一列顺序填充矩阵的方式把数据符号输入到矩阵中的位置，并且以一行接一行清空矩阵的方式从矩阵的各位置单个地输出数据符号。矩阵是一个具有经过选择以增大顺序输入的非交插的数据符号之间的输出交插距离的整数行和列的矩形矩阵。结果是交插的数据符号309能够被交插器308以它们被输入时相同的数据符号速率输出(例如，19.2千符号/秒)。矩阵定义的数据符号码组的预定大小是从能够在一预定长度的传输码组内以一定编码比特率发送的数据符号的最大数导出的。例如，如果以19.2千符号/秒的速率从编码器304输出数据符号303，并且如果传输码组的预定长度是20微秒，那么数据符号码组的预定大小是19.2千符号/秒乘以20微秒(ms)，结果是定义了16乘24矩阵的384个数据符号。熟悉本领域的人员应当知道，在编码的交插数据比特流309内的数据符号可以根据许多其它算法扩展成更大长度的代码序列，而不脱离本发明的范围和精神。
接下来，把编码的交插数据符号309输入一个把交插符号309与一个正交扩展序列进行卷积运算的扩展器312。该正交扩展序列是一种信号，它是两个信号的乘积；第一个信号是其时间偏移已知的QPSK伪随机序列，第二信号是沃尔什码Wi之类的正交扩展码。要了解有关正交扩展序列的更多信息，请见§3.1.3.1 of ANSI J-STD-008，PersonalStation Base Station Compatibility Requirement for 1.8 to 2.0GHz CodeDivision Multiple Access(CDMA)Personal Communications System，1995年3月24日由Electronic Industries Association(EIA)出版，(2001Eye Street，N.W.，Washington，D.C.20006)。扩展器312以一定的速率输出QPSK码片，该速率是从交插器308输入的速率与正交扩展序列长度(例如，长度64的正交扩展序列将是一个64比特长度的沃尔什码)的乘积。这将导致扩展器312的1.2288兆码片/秒(即，19.2千符号/秒x64)的输出速率。
如图3中所示，扩展器312完成有关业务信道的扩展。在本实施例中，编码器304，交插器308和扩展器312构成一个单一业务信道发生器302。对于需要多个业务信道的系统，将为每个业务信道复制一个业务信道发生器302，并且用加法器314将它的输出与来自扩展器310的QPSK码片一同相加。扩展器310完成对于导频信道的扩展。由于导频信道不传送信息比特，不需要从处理器305输入数据。在本优选实施例中，被扩展形成了导频信道的信息是由全是0组成的数据流构成的。
把相加的QPSK码片从加法器314以1.2288兆码片/秒的速率输出，并输入到发射机300的发射机部分316。发射机部分316通过把它们上变换为适当的发射频率准备用于在通信信道上发送的相加的QPSK码片。在上变换之后，将信号进行带通滤波，以除去不想要的动带能量，然后从发射机部分316输出。把来自发射机部分316的调制信号提供到天线318，以便通过无线电通信路径330发送。也把来自发射机部分316的信号送到一个用于延迟调制信号的延迟电路320，随后从这里将其提供到天线322，以便通过无线电通信路径332发送。通过为接收机390提供两种相互延迟预定量的信号330和332，在接收机390完成了分集。
还是参考图3，接收机390通过天线352接收从无线电通信路径330和332发送的扩展频谱信号的和，并将其送到解调器354。解调器354在从发送频率下变换和以预定速率(例如，1.2288兆码片/秒)抽样后对输入的信号进行滤波，以便除去不想要的邻近频率信号。去扩展器364通过把接收的抽样信号与去扩展码相关去扩展来自解调器354的QPSK抽样信号，其中去扩展码是原始扩展序列的复制序列。应当记得，原始正交扩展序列是两个信号的乘积；第一信号是时间偏移已知的QPSK伪随机序列，第二信号是沃尔什码Wj之类的正交扩展码。以预定速率，例如19.2千抽样/秒，对所得的去扩展抽样信号365抽样，因而使接收的扩展频谱信号的64个抽样的序列去扩展。这种信号由一个单独的复数(幅度和相位)数据抽样代表，并且输出到一个相干检测器368进行相干检测。
如在图3中所见，解调器354的输出也被输送到导频恢复电路362，在其中完成一个与去扩展器363执行的类似的处理过程，只是用沃尔什码WX进行恢复，而不是沃尔什码Wi。把来自导频恢复电路362和去扩展器364的输出都输入到相干检测器368，相干检测器368取得导频恢复电路362输出的复共轭，并将其乘以去扩展器364的输出。使结果的实数部分作为相干检测器368的输出通过(舍弃复数乘法的虚数部分)。
也把解调器354的输出提供到搜索器350，其用于搜索基站发射机300产生的所有用沃尔什码WX扩展的信号。在这种情况下，搜索器350将发现两种信号，一种来自无线电通信路径330，另一种来自无线电通信路径332。利用这个信息，搜索器350把一个第一手指RAKE接收机360和一个第二手指RAKE接收机370分配给这两个路径中的每一个。两种RAKE手指接收机360和370在操作上是相同的。加法器375把RAKE接收机360和370的输出相加，并把加法器375的输出提供到去交插器380，去交插器380基本上“取消”交插器308进行的交插处理。在去交插器380中，把数据符号单个地输入到一个与交插器308中的矩阵大小相同的矩阵中。以一行接一行顺序填充矩阵的方式把数据符号输入到矩阵中的位置，并且以一列接一列顺序清空矩阵的方式把数据符号单个地从矩阵位置中输出。
把从去交插器380输出的去交插的软判定数据381输入到一个使用已知的最大似然序列评估(MLSE)译码技术的译码器382，以产生估计业务信道数据比特383。可以通过使用一种实际上与维特比(Viterbi)译码算法相似的算法来增强MLSE译码技术。译码器382利用一组单个软判定数据381形成一个软判定转换量度集，以便在MLSE译码器382的每种特定时间状态使用。形成每个软判定转换量度集所使用的组中的软判定数据364的数量相当于从每个输入数据比特303在卷积编码器304的输出端产生的数据符号306的数量。在每一集中软判定转换量度的数量等于2自乘每组中软判定数据364数量的次数。例如，当在发射机300中使用了一个1/2卷积编码器时，从每个输入数据比特303产生两个数据符号306。因此，译码器366使用有两个单个软判定数据381的组，以形成在MLSE译码器382中每种时间状态使用的四个软判定转换量度。以一定速率产生估计业务信道数据比特383，该速率与软判定数据381输入到译码器382的速率以及业务信道比特303原始编码所用的固定速率有关。例如，如果以19.2千符号/秒的速率输入软判定数据381，并且原始编码速率是1/2，那么估计业务信道比特383以9600比特/秒的速率输出。估计业务信道比特383被输入到一个处理器384，处理器384与一个有关功能方框386一同产生适合于移动站用户使用形式的估计业务信道比特383。
图4概括地示出了一个使用改进前向链路发送分集的改进的正交码分配技术与一个移动站进行CDMA通信的基站的发射机。图3和图4之间的具有共同功能性的那些方框也具有共同的标号。
如图4中所示，除非以下另有说明，直到交插器308的方框在功能上与图3的现有技术发射机300相似。但是，与图3中所示的发射机300不同的是，从图4中的交插器308输出的交插数据符号309被输入到两个扩展器，扩展器312和扩展器413。扩展器312和413中的每个把交插的符号309分别用它们的正交扩展序列，即沃尔什码Wi和沃尔什码WA进行卷积运算。用正交扩展序列(沃尔什码)进行的扩展与前面参考图3说明的基本相同。应当注意编码器304，交插器308和两个扩展器312和413构成一个复制业务信道产生器402。
沃尔什码分配方框403执行沃尔什码的划分和分配。沃尔什码分配方框403把一个预定的正交码集划分成多个正交码子集，并根据预定标准分配这些正交码子集。在本优选实施例中，预定标准包括把正交码子集分配给服务于一个共同覆盖区的某些天线，或分配给一个天线阵内的某些天线。
每个扩展器312和413以1.2288兆码片/秒(即，19.2千符号/秒x64)的速率输出QPSK码片。对于导频信道的扩展，组合扩展导频和业务信道，并发送组合的导频和业务信道，图4的扩展器310，求和节点314和发射机部分316的操作在功能上与图3的对应方框相同。扩展器411，求和节点415和发射机部分417的操作在功能上也和图3的它们的对应方框相同。特别要注意，与图3中所示的现有技术发射机300不同，用于扩展导频信道(也全是0)的每个扩展器310和411使用相互正交的扩展序列(分别是沃尔什码WX和沃尔什码WY)。这意味着从无线电通信路径330和432发送的扩展频谱信号相互正交，因此不像现有技术那样给执行前向发送分集增加系统干扰量。
仍旧参考图4，接收机490经过天线352接收从无线电通信路径330和432发送的扩展频谱信号330和432的和，并输送到解调器354，解调器354的功能和参考图3说明的相同。如上述图3中所述，从解调器354输出的QPSK抽样信号由第一手指RAKE接收机360去扩展并检测。此外，基本上如上述图3中所述那样，从解调器354输出的QPSK抽样信号由第二手指RAKE接收机470去扩展和检测，只是从解调器354输出而进入这个RAKE接收机470的QPSK抽样信号是用沃尔什码WA(对于业务信道)和沃尔什码WY(对于导频信道)去扩展的。注意这与图3中所示的现有技术接收机390不同，其中每个RAKE接收机360-370具有被相同的沃尔什码WX去扩展的导频信道和被相同沃尔什码Wi去扩展的业务信道。
把一个特定手指RAKE接收机分配给一个特定通信路径是通过搜索器450执行的。搜索器450搜索发射机400发送的所有用沃尔什码WX扩展的信号；在这种情况下，搜索器450将发现一个对应于无线电通信路径330的信号。利用这一信息，搜索器450把第一手指RAKE接收机360分配给带有导频信道沃尔什码WX和业务信道沃尔什码Wj的通信路径330。搜索器450对发射机400发送的用沃尔什码WY扩展的信号进行相似的处理。在这种情况下，第二手指RAKE接收机470被分配给带有导频信道沃尔什码WY和业务信道沃尔什码WA的通信路径432。
在一个共同覆盖区(例如，图2的扇区A)内具有两个由不同的正交扩展序列扩展的导频信道，使得能够把其中一个导频信道用作对覆盖区内所有移动站的主要导频信道(如现有技术)，而把另一个导频信道用作次要导频信道。在这种实施中，移动站106用来捕获和邻近测量的主要导频信道处于固定的相对高的信号功率电平，而次要导频信道处于低得多的信号功率电平。当执行前向链路分集时，这进一步起到减少不需要的系统干扰的作用。
在上述的导频信道具有不同信号功率电平的实施中，在加法器375中进行求和之前需要校正处理，使得从每个RAKE接收机360和470进入加法器375的信号有实际上相同的功率电平。完成这种处理的一种方法是，根据在发射机400的功率电平差，经过一衰减器适当降低从RAKE接收机360或RAKE接收机470输出的信号。加法器375之后的所有处理与上述参考图3所述的相同。
图6概括地示出了一种对实施前向链路发送分集的正交码的示例分配。如图6中所示，每个天线218和222具有一个分配给它的专用沃尔什码的独立组。例如，参考图6，经过天线218发送的主要导频信道由沃尔什码WX扩展，而经过天线222发送的次要导频信道由一个不同的沃尔什码WY扩展。同样，用于N个独立用户中每一个的所有业务信道(TCHN)可能每个都具有在次要天线222上的分配给它的独立沃尔什码。但是，特别要注意，TCH信息(例如，如方框600-601中所示的TCH1)是同样的信息。还要特别注意，方框602-603中所示的导频信道PilotA同样也是用不同沃尔什码扩展的共同导频信道。这使得能够在分别地借助其相关的导频进行解调之后在移动站接收机内组合从两个基站天线发送的信息。熟悉本领域的人员应当了解，实施前向链路发送分集的这种技术提供的好处也可以用一个替代实施例来实现，在这个替代实施例中，方框600-601中所示的共同TCH信息是用一共同沃尔什码扩展的。在本例中，例如，Wi＝WA。
应当理解，移动站106的设计和包含在移动站106内的知识是适当地执行适合于无论是否分集信号正在发送的解调技术。这包括对每一天线上的所有导频和业务信道使用什么样的代码的全部知识。通过利用基站103和移动站106之间信息的消息传递可以有助于了解这些知识。发出这种信息的信令的方法是已知的，并且利用IS-95标准提供的消息很容易实现。
参考上述优选实施例，通过给要发送的信息部分(导频信道或TCH)分配不同的正交或沃尔什码，可以保持特定覆盖区(例如，扇区A)内的正交性。通过在执行前向链路发送分集的同时保持正交性，实现了前向链路发送分集的全部优点，而不会破坏CDMA系统性能。
在它的最简单形式中，前向链路发送分集的执行是使用不同的正交扩展序列来扩展共同导频信道和TCH以在第二天线上传输。在一种其中采用64个正交(沃尔什)码的IS-95A情况中，这可以通过在天线218上使用两个天线222上没有使用的沃尔什码来完成。图7示出了这样一种用于IS-95A实例的沃尔什码分配。如图7中所示，给天线218分配了沃尔什码63以扩展导频信道PilotA，因而起到了一个用于所有在发送分集模式的移动站的导频信道作用，同时使用沃尔什码62扩展用于移动站106的TCH信息(在图7中标为TCH106)。然后给天线222分配沃尔什码0以扩展导频信道PilotA和沃尔什码1以扩展用于移动站106的TCH106信息。在本例中，沃尔什码0因此起到了用于覆盖区中的正在接受移动协助越区切换(MAHO)或正在执行移动协助越区切换的全部移动站的共同导频信道的作用，而沃尔什码1把TCH信息传送给特定移动站。
把沃尔什码分配给一个特定天线的可能性导致了蜂窝通信系统内的许多有益特性。例如，本领域的普通技术人员应当知道，尽管概念是通过参考图2中所示的天线218和天线222说明的，但可以为任何数量的天线分配它们自身的沃尔什码，例如，在一个天线阵的情况下。例如，在上述的IS-95A的情况下，可以给天线阵中的八个天线分配八个其本身没有分配给任何其它天线的沃尔什码，并且随后可以把这八个沃尔什码用于扩展用于每个对应天线的导频信道，例如PilotA。然后，可以给移动站106分配一个单一的沃尔什码用于它的随后将在阵列中所有天线振子上发送的业务信道信息TCH106。通过设定这个用于扩展各个天线振子上的TCH106信息的单一沃尔什码的相对相位和幅度，进行了波束形成以直接在移动站106导引发射功率。
为了在移动站106内产生参考信号以执行相干解调，基站103向移动站106通知基站103用于形成朝向移动站106的波束的TCH106沃尔什码的相对幅度和相位。这是通过从基站103向移动站106发送一个适当的包括这种信息的消息完成的。然后，移动站106将确定各个天线上的用不同沃尔什码扩展的每个导频信道PilotA的幅度和相位。根据使用不同沃尔什码扩展的导频信道PilotA的相对幅度和相位和来自基站103的包括TCH106沃尔什码的相对幅度和相位的消息，移动站106计算用于每个不同导频信道沃尔什码的差矢量。然后，移动站106把所有这些差矢量的和用于执行相干解调。
当通过在每个移动站形成独立的波束并把它们经过同一天线阵发送而把相同的业务信道沃尔什码用于相同扇区中的多个移动站时，可以获得改善复用所需的适当信号/干扰比。在这样的每一种情况中，有关覆盖区(例如，图2的扇区A)内的所有移动站之间可以共享每个天线的导频信道/沃尔什码。
把独立的导频沃尔什码分配给一特定天线的可能性产生的另一个益处是可以控制前向链路发送分集的使用。通过使用如图5中所示的现有技术分配方案，仅有的可用“控制”是，不向移动站106发送任何信号，或是经过天线218和天线222两个天线发送。这是由于事实上一些RAKE组合算法严格地根据接收的导频信号电平量对组合进行加权。因此，如果使用了多个具有导频信号但不存在合适的业务信道的天线，那么可能组合了不希望的噪声而造成系统恶化。但是，存在着在通信过程中产生的某些模式和/或某些特征，其中把原始信号和它的延迟的复制信号都经过天线218和222发送是无益的。例如，当移动站106进入软越区切换条件，特别是三路软越区切换条件时，存在经过天线222的延迟信号版本无助于移动站106更好地对信号译码(应当记得，移动站106仅能够分辨总共三个(3)同时射线)。此外，发送到仅仅单独一个移动站106的任何多于三个(3)的射线意味着基站103正在发送过量(未使用的)功率，这会降低系统性能。但是，当执行图6的沃尔什码分配时，由于现在可以经过适当的消息传送来指令移动站106经过不同的沃尔什码分配收听哪一个导频信道PilotA，所以前向链路发送分集的使用是可控的。因此，在上述的三路越区切换实例中，正在经过前向链路发送分集发送的信号之一被排除，因为它无助于移动站106更好地对信号译码。
在通信过程中会发生其它模式和/或特征，它们需要一种机构抑制或控制在基站103的前向链路发送分集的使用。例如，在确定无线电信道(即，射频载波)正在经受超量的延迟扩展时，可能需要抑制前向链路发送分集。由于上行链路(移动站至基站)和下行链路(基站至移动站)传输路径倾向于是互易的，可以从上行链路传输推断出在移动站106经受的延迟扩展量。如果在基站接收到多射线中的显著能量，(例如，通过了解有多少个手指被用于译码上行链路信号而确定的)，在前向链路中(经过天线218或222)增加另外的射线只能起破坏整个系统性能的作用。从基站103的接收机(未示出)随时可以获得这种信息，并且可以把这种信息输入到图4的沃尔什码分配方框403使用的有关功能方框407中。
会产生许多其它模式和/或特征，它们可以用于提供帮助基站作出使用前向链路发送分集的控制判定的有用信息。这些模式和/或特征包括移动站106(或基站103，如果假设传输路径是互易性的)确定的接收信号强度，在导频强度测量消息(PSMM)中获得的导频测量信息，和在移动站106接收的信号的延迟。该最后一个特征给出了移动站106离开基站103距离的直接指示，可以把它用于确定过量延迟扩展的高似然。
可以用于控制前向链路发送分集使用的另一种模式和/或特征是移动站106的位置。例如，可以预测试一个如扇区A这样的覆盖区，以确定覆盖区内已知前向链路发送分集对移动站提供恶化覆盖的位置。代表这些位置的预测试信息可以本地存储在基站103或中心设施中，例如控制器209中。在基站103确定移动站106的位置时，可以与所存储的信息进行比较以确定移动站106是否在一个“已知坏”位置上。如果移动站106是在一个“已知坏”位置上，那么前向链路发送分集将无助于移动站106，因此它将被禁止直到移动站106移动到覆盖区内的一个更适合区域中；如果移动站不在“已知坏”位置，那么前向链路发送分集可以进行。
在一个替代实施例中，可以装备移动站106以确定其自身的位置，并把这个信息提供给基站103用于比较。一种这样的用于移动站106确定其本身位置的机构是通过使用全球定位系统(GPS)或类似系统。如果移动站106能够确定其本身的位置，也可以把预测试信息下载到移动站106并在本地存储。在这种结构中，移动站106本身可以确定它是在一个“已知坏”还是在一个“已知好”位置上，并且据此禁止/允许接收一个用正交扩展码扩展的导频信道。
如上所述，能够把沃尔什码分配给一个特定天线的能力导致蜂窝通信系统内的许多有益特征。图8概括地示出了一个根据本发明的有利地执行了正交发送分集的发射机800。如图8中所示，包括一个数据分割器803，用来把信道信息801(即，从编码器304输出的编码信息)细分成至少一个第一部分802和一个第二部分804。在本优选实施例中，信道信息801被细分为至少一个信道信息的第一部分802和一个信道信息的第二部分804。
然后扩展器806和808分别扩展信道信息801的细分部分802和804，两个扩展器的操作与图4中所示的扩展器312和413相同。把图8中以I/Q形式表示为I1/Q1(有关第一部分802)和I2/Q2(有关第二部分804)的两个扩展细分部分分别送到求和节点314和415。求和节点314和415是图4中所示的那些节点，也具有根据本发明的经过扩展器310和411用不同沃尔什码扩展的导频信号作为输入。因此，根据本发明，每个扩展细分部分数据流I1/Q1和I2/Q2最终通过发射机部分316和417经过不同天线218和222但是在共同的预定载频上被发送到一个移动站。尽管图8示出了信道信息801被细分成信道数据的两个部分802和804用于对应于经过两个天线218和222的发送，但是熟悉本领域的人员应当知道，可以把信道信息801细分为任意数量的用于经过任意数量的天线向移动站发送的部分。
特别要注意，根据本发明，信道信息801的第一和第二部分802和804内的比特数是可变的。例如，在一个第一实施中，数据分割器803一比特接一比特地分割信道信息801，使得第一和第二部分802和804包括导向每个天线218和222的用于发送的信道信息801的一个比特。因此，就发送基站和接收移动站而论，第一和第二部分802和804的发送发生在实际相同的时间。在根据本发明的这个实施中，通过使用每一天线不同的沃尔什码保持了发送数据流I1/Q1和I2/Q2之间的正交性。这在图8中示为扩展器806和808内的不同沃尔什码Wn和Wm。
利用这一实施，经过多个天线的正交传输没有不必要地减少可用沃尔什码的数量。为了保持恒定的输出速率，不用正交传输每个天线将要使用一个单独的256-比特沃尔什码。但是，由于根据本发明每个天线的数据率是一半，所以在本优选实施例中每个天线利用两个512-比特沃尔什码。因此，图8的实施没有不必要地减少可用沃尔什码的数量来保持根据本发明的正交传输。应当注意，示出的经过多个天线实施正交传输的方法和装置同样适用于以不同速率输出信道信息的发射机构造。例如，尽管图8示出了一种以每秒3.6864兆码片(Mchip/s)输出信道信息的构造，本方法和装置同样适用于图3所示的以1.2288Mehip/s的速率输出信道信息的构造。
图8的实施的一个附加优点是，由于业务信道信息801被细分并在多重分集信道上发送，通过处理从多个天线218和222接收的一组比特在移动站的译码器中取得了分集增益。此外，由于每个细分部分是经过不同天线218和222发送的，所示与每一部分相关的每个发送数据流I1/Q1和I2/Q2将遭受到不同的衰落条件。当和交插器308提供的交插组合时，图8的实施提供一种也能够改善移动站中译码器性能的时空编码形式。移动站中译码器性能的改善对于移动站中呼叫质量的改善做出了重要贡献。
如果信道信息801的第一和第二部分802和804内的比特数增加，那么第一和第二部分802和804的发送不再是同时的，实际上是以交错的时间发送到移动站的。在本实施中，如移动站所见，这相当于第一和第二部分802和804的时分多路复用(TDM)。由于经过天线218和222发送的不同导频信道是用不同沃尔什码扩展的(见图4)，所以根据本发明，基站能够控制移动站以TDM方式接收每个第一和第二部分802和804。
在任意一个实施中，根据本发明，沃尔什码分配/控制器方框809控制数据分割器803以影响信道信息801的细分。利用从图4的有关功能方框407的输入，控制器方框809根据信道条件、传输质量、信号/干扰比之类的特征控制被细分和送到天线218和222的比特数。在本优选实施例中，移动站确定该特征并报告给基站接收机。移动站的这种报告在互易性不适用的情况中采用。如果假设有互易性，基站接收机可以确定特征并且把这种信息输入到控制器809。如上所述，根据本发明，这种信息可以在随后用于改变送到天线218和222用来发送的比特数。
根据本发明可以有利地实现对于移动站来说改善了传输质量的其它技术。例如，可以在天线218和222之间分割分配给一个特定用户的总功率。最简单的方案是把等量的功率(例如，在两个天线的情况下，每个天线一半功率)指定给不同的天线218和222。在另一个实施例中，在天线218和222之间不相等地分割功率，但总功率保持不变。在这种实施例中，是把更大的功率分配给具有较高信噪比的信道。例如，根据本发明，当移动站检测到经过一个特定天线218或222的传输具有比来自其它天线的传输更好的质量时，把这一特征回报给基站接收机，并且据此调节功率。John G.Proakis发表的“DigitalCommunications”(3rdediton，1995，McGraw-Hill，Newark，N.J.)中说明的经典信息理论预示了，在本实施例中信息吞吐量具有显著提高。
另一个实施例也提供了不相等的比特率分割。例如，不是在每个数据流上发送相等的比特率(如图8中所示)，而是可以把四分之三(3/4)的信道信息801细分到第一部分802中，而把其余的四分之一(1/4)细分到第二部分804中。在这种细分方式中，细分控制将响应经过天线218的传输产生比经过天线222的传输更好的信噪比的指示。如果经过一个特定天线218或222的传输明显地优于从另一个天线的传输，那么这个特征被报告给基站，并且随后可以把所有的信道信息801都引向提供优良传输质量的天线，而另一个天线接收不到信息。在这种情况下，一个天线基本上被暂时禁止，直到经过优良天线的传输开始退化。根据本发明，这个实施例也显著地提高了信息吞吐量。为了使每个天线的输出率保持恒定，控制器809根据需要改变沃尔什码率。熟悉本领域的人员应当知道，根据本发明，可以利用功率分配和比特率分割(相等或不等)的各种组合来提高整个系统的质量。
根据本发明，为了移动站能够准确地重组细分部分802和804并最终适当地译码信道信息801，把有关细分的控制信息(即，送到天线218和222的比特数或比特比率，沃尔什码分配，等等)从基站发送到移动站。一种把控制信息发送到移动站的技术是一种已知的“半空白和突发”技术。在这种技术中，经过信号320使处理器305内产生业务信道信息的速率降低(“半空白”)，并且经过处理器305把控制信息置入新近可用的空片段中(“突发”)。控制信息是通过信号320提供给处理器305的。如此，把业务信道信息和控制信息都输入到编码器304中，并一起信道编码以产生信道信息801。作为替代，可以把控制信息经过通信系统的慢接合控制信道(SACCH)发送到移动站，如前面所述，慢接合控制信道也是和业务信道信息“多路复用的”。把SACCH用于向移动站传送控制信息是已知技术。
已经知道，信道330和332上时间上的衰落过程必须被充分地去相关，以适当地提供移动站所见到的分集效果。但是，在真实通信信道上这难于办到。为缓解这一问题，可以采用时间分集的进一步使用。在本优选实施例中，码组交插器308提供了其中矩阵是“一行接一行”方式清空的(如前面参考图3所述)时间分集。由于图8的发射机提供至少两个分离的信道330和332，因而可以获得两个信道330和332之间的进一步的时间分集。例如，如果信道330由于在一给定时刻的多径衰落而衰减，并且信道332也由于完全相同时刻的衰落而衰减，那么在两个信道330和332上的信息将在两个信道上同时丢失。这会降低分集效益。
为了克服这一问题，根据本发明，如果要在不同的时间通过正交信道330和332送出编码器304输出的时间相邻比特组，可以对图8的发射机进一步增加时间分集。为了执行根据本发明的这种时间分集，把信号322从控制器809耦合到交插器308，使得交插器308在有关信道信息801细分的时间输出矩阵内的信息。例如，根据本发明，不是像前面所述的那样以“一行接一行”的方式清空矩阵，而是适当地调节从矩阵的信道信息的输出，使得时间相邻的信道信息产生更大的时间间隔。也就是说，可以根据需要的信道信息的细分来控制码组交插器308。尽管在作为优选实施例的图8中示出了一个单独的码组交插器308，熟悉本领域的人员应当知道，根据本发明，都在控制器809控制之下，数据分割器803可以在两个独立的码组交插器308之前执行信道信息细分，而不脱离本发明的精神或范围。
图9概括地示出了一个根据本发明的用于接收来自图8的发射机的传输的接收机。在本优选实施例中，接收机900包括两个用于分别处理从天线218和222发送的信号330和332的解调信号的RAKE接收机手指906和908。如图9中所示，从解调器354输出从天线218和222发送的信号，并且把它们中的每一个输入到两个RAKE接收机手指906和908中进行处理。两个RAKE接收机手指906和908负责分离从天线218和222发送的信号330和332，以便最终通过数据组合器910组合。从天线218和222发送的信号330和332的每个解调信号包括一个用每一天线都不同的沃尔什码调制的导频信道，用于检测特定天线发送的和有关第一部分802和第二部分804的对应比特流。
在第一和第二部分802和804在一个时间上包括业务信道信息801的一个比特的情况下，RAKE接收机手指906和908基本上并行地处理从天线218和222发送的信号。移动站接收机接收包括这种细分信息的控制信息，并经过控制器912和控制信号920和922，重组信号以便最终进行相应的译码。例如，包括细分信息的控制信息通知控制器912需要在组合来自第二部分804的并且用Walshm扩展的比特之前经过数据组合器910组合来自第一部分802的并且用Walshn扩展的比特。数据组合器910基本上“取消”了在图8的数据分割器803中发生的分割，向加法器375输出一个单一信号。如果执行了前面所述的用于控制信息传送的“半空白和突发”或SACCH技术，那么像已知技术那样，在译码器382(在加法器375之前)中发生常规译码。
在接收并且在数据组合器910中组合了数据之后，从数据组合器910输出的信号并不是(典型地)信道信息801的严格的复制信息，而是一种根据接收机检测分别由天线218和222发送的信号330和332的解调信号的能力的近似信息。从其它RAKE接收机手指的输入(未示出)，如同从数据组合器910的输出一样，也输入到加法器375中，进行如参考图4所述的去交插，等等。
从图9的接收机900的结构可以知道，根据本发明，传送到接收机900的控制信息是业务信道信息的适当重组和最终译码所必需的。当第一和第二部分802和804每个都包括信道信息801的多个比特时，也是经过控制信号920和922以及控制器912指令数据组合器910适当地组合来自第一部分802的多个比特(用Walshn扩展的)和来自第二部分804的多个比特(用Walshm扩展的)，以基本上重构一个业务信道信息801的近似复制信息，输出到加法器375。如果实行了比特的不相等分割，也是根据来自控制信号920和922以及控制器912的输入，经过信号924对沃尔什码长度进行相应的调节，以保持数据组合器910输出的恒定速率。
尽管本发明是参考一个特定实施例专门显示和说明的，熟悉本领域的人员应当知道，可以形式上和细节上进行各种改变而不脱离本发明的精神和范围。权利要求中的所有装置或步骤以及功能要素的相应的结构、材料、作用和等同物将包括用于执行与权利要求特别提出的其它要素结合的功能的任何结构、材料或作用。
权利要求
1.一种通信系统中的基站，包括多个用于发送包括信道信息的信号的天线；用于把信道信息细分成至少一个第一部分和一个第二部分的装置；和用于经过多个天线中一个第一天线向移动站发送信道信息第一部分，经过多个天线中一个第二天线向移动站发送信道信息第二部分，和发送有关信道信息细分的控制信息的装置。
2.根据权利要求1所述的基站，其中用于把信道信息细分成至少一个第一部分和一个第二部分的装置还包括用于把信道信息细分成一个具有至少1比特的第一部分和一个具有至少1比特的第二部分的装置。
3.根据权利要求2所述的基站，其中把第一和第二部分在交替的时间或实际上相同的时间发送到移动站。
4.根据权利要求2所述的基站，其中用于细分信道信息的装置还包括用于把信道信息细分成相等或不相等的第一和第二部分，或把信道信息细分成一个具有全部信道信息的第一部分，和一个没有信道信息的第二部分的装置。
5.根据权利要求4所述的基站，其中沃尔什码分配随信道信息的细分变化。
6.根据权利要求1所述的基站，其中根据系统特征从第一天线和第二天线发送的功率电平可以改变为相等的或不相等的功率。
7.根据权利要求1所述的基站，其中通过一种半空白和突发技术或一个控制信道把有关信道信息细分的控制信息发送到移动站。
8.根据权利要求1所述的基站，其中控制信息还包括传送到第一和第二天线的第一和第二部分内的比特数或比特的比率，或每个天线的沃尔什码分配。
9.一种移动站中的接收机，包括用于接收一个发射机从对应的第一和第二天线发送的第一和第二信号以及有关在发射机的信道信息细分的控制信息的装置，第一信号包括信道信息的一个第一部分，第二信号包括信道信息的一个第二部分；和用于根据有关信道信息细分的控制信息重组信道信息的第一部分和信道信息的第二部分的装置。
10.根据权利要求9所述的接收机，其中控制信息还包括传送到第一和第二天线的第一和第二部分内的比特数或比特比率，或每个天线的沃尔什码分配。
全文摘要
通过利用数据分割器(803)把信道信息(801)细分成至少一个第一部分比特(802)和一个第二部分比特(804)实现了正交发送分集。每个部分用其本身的沃尔什码扩展,以便通过预定载频最终发送到移动站。当第一和第二部分(802,804)中的比特数很少时,使用独立的沃尔什码保持正交性。当第一和第二部分(802,804)中的比特数相对较大时,使用时分多路复用传输保持正交性。控制器(809)控制信道信息的细分和一个交插器(308),以进一步增强分集传输的效果。把有关细分的控制信息发送到移动站,因而在译码前可以准确地重构信道信息。
文档编号H04B7/005GK1270716SQ98808777
公开日2000年10月18日 申请日期1998年7月17日 优先权日1997年9月4日
发明者迈克尔·D·科金, 卡梅尔·罗尼, 小沃尔特·J·罗扎斯基 申请人:摩托罗拉公司