CN1354944A - 用帧能量度改进速率测定的方法与设备 - Google Patents

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Abstract

提出了一种无线码分多址的方法与设备,用于测定话音/数据信号从移动站到基站的发送速率。可变速率声码器以若干预定帧速率中的一个发射话音,接收机根据若干帧参数之一测定发射速率,参数之一是接收的帧能量,它在该帧的有关部分长度内测得。若发送一全速率帧,就在只含能量的半帧内测量能量,若测得的能量超出一阈值,便指示全速率。否则,若发送半速率帧,就在只含能量的1/4帧内测量能量,若该能量超出阈值,则指示半速率。对于1/4与1/8速率,重复该步骤。

Description

用帧能量度改进速率测定的方法与设备
                         发明背景
I.发明领域
本发明一般涉及无线通信领域，尤其涉及测定发射或接收的数据速率。
II.背景技术
无线通信领域拥有许多应用场合，如包括无绳电话、寻呼机、无线本地回路和卫星通信***。一种特别重要的应用装置是移动用户蜂窝式电话***，现在已对这类蜂窝式电话***开发了各种空中接口，包括例如频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)与码分多址(CDMA)。与此同时，还制订了各种国内与国际标准，包括例如高级移动电话业务(AMPS)、全球移动***(GSM)与TIA-EIA-95。具体而言，电信工业协会(TIA)和其它著名标准团体已颁布了TIA-EIA-95及其衍生方案、IS-95A、IS-95B、ANSI J-STD-008与将来的衍生方案及改进方案等(这里一般统称为IS-95)。
根据IS-95标准构制的蜂窝式电话***应用CDMA信号处理技术提供高效而可靠的蜂窝电话业务。美国专利No.5,103,459举例描述了一种基本上按IS-95标准构制的蜂窝式电话***，该专利已转让给本发明的受让人，其整个内容通过引用包括在此。上述专利说明了CDMA基站的发射或正向链路、信号处理。在1997年12月9日提交的题为“MULTICHANNEL DEMODULATOR”的美国专利申请连续号08/987,172中，举例描述了CDMA基站的接收或反向链路、信号处理，该申请已转让给本发明的受让人，其整个内容通过引用包括在此。
在CDMA***中，空中功率控制是关键问题。美国专利No.5,056,109举例描述了一种CDMA***的功率控制方法，该专利已转让给本发明的受让人，其整个内容通过引用结合在此。
使用CDMA空中接口的主要好处是可在同一RF频段上通信，例如某一指定蜂窝式电话***中的各移动用户单元(一般是蜂窝电话)，可在同一RF谱的1.25MHz上发射反向链路信号而与同一基站通信。同样地，该***的各基站可在RF谱的另一1.25MHz上发射正向链路信号而与诸移动单元通信。应该理解，虽然1.25MHz是较佳的CDMA信道带宽，但是CDMA信道带宽并不限于1.25MHz，可用任意带宽如5MHz等代替。
经同一RF谱发射信号有各种好处，包括例如提高蜂窝式电话***的频率重复使用，以及能在两个或多个基站之间作软切换。提高频率重复使用可以在一给定大小的频谱上作更多数量的呼叫。软切换是一种对两个或多个基站覆盖区中的移动单元进行转接的可靠方法，软切换同时连接两个基站(相反地，硬切换是在与第二基站建立连接之前，先要终止与第一基站的连接)。美国专利No.5,267,261举例描述了一种软切换方法，该专利已转让给本发明的受让人，其整个内容通过引用包括在此。
在常规的蜂窝式电话***中，公共交换电话网(PSTN)(一般为电话公司)和移动交换中心(MSC)通过标准化E1和/或TI电话线(下称E1/T1线)同一个或多个基站控制器(BSC)联系。各BSC通过包括E1/T1线的回程与基站收发信子***(BTS)(也称为基站或区站)，并且相互通信，BTS经空中发送的RF信号与移动单元(即，蜂窝电话)通信。
在常规***中，基站或区站配置成经空中接口与各个移动单元通信。在CDMA蜂窝式***中，通常把基站(这里有时称为基站收发信子***(BTS))分成若干由定向天线限定的扇区，以增大小区的容量。扇区本身可称为区站。常规基站结构一般使用三个这样的扇区，每个扇区的天线在径向指向上相差120度。对网络而言，CDMA***的各扇区起着一个独立基站的作用。
以前基于CDMA的***在发射单元中使用变速声码器，这种单元可以用若干预定帧速率中的一个发射，这些***中指定的接收机必须确定已发射了哪一种可能的帧速率。速率判断由设置于接收机内的盲目速率确定算法(RDA)确定，该算法根据若干帧参数划分各帧。速率确定运算的输出指示可能发送的帧速率，并表明在接收帧内是否出现误差。
以前的速率确定方法包括应用循环冗余码校验(CRC)位、再编码符号差错计数和Yamamoto质量位，它们可以单独或组合使用。
一般在判断实际上发射哪一种速率之前，要对所有的帧速率作译码，这种强力方法以非优化的方式使用了稀少的资源。以前的方法还存在性能方面的问题。
要求设备与方法能在发射信号的接收端优化地确定帧速率，并改进速率判断方法的性能。
                          发明内容
本发明针对一种在无线电话***中确定接收数据速率的***与方法。该设备包括一相关器，用于累加收到的、代表接收能级的信号，以形成一累加信号。另外，还包括一比较器，用于将累加信号与预定参考电平作比较，并产生表示某特定数据速率的第二信号，其中该数据速率为全速率、半速率、四分之一速率或八分之一速率，且代表接收能级。
本发明一实施例包括一种在无线电话***中确定数据速率的方法，其步骤为：接收信号，接收移动站以预定数据速率发射的信号，在RSKE接收机中将接收的、信号组合成一个和信号，然后把该和信号与预定阈值作比较而产生比较结果。这样，最有可能的数据速率以该比较结果为基础。
                           附图概述
图1示出一无线电话通信***，其中在本发明的一个实施例在工作。
图2示出本发明一实施例的移动站发射机与基站接收机反向链路的框图。
图3示出本发明一实施例的流程图。
图4示出本发明一实施例中的各种帧速率表示的帧能。
                      较佳实施例的详细描述
无线电话通信的各种蜂窝式***使用经空中接口与移动单元通信的固定基站。这类蜂窝式***包括例如AMPS(模拟)、IS-54(北美TDMA)、GSM(全球移动通信***TDMA)和IS-95(CDMA)。在一较佳实施例中，蜂窝式***是CDMA***。术语“蜂窝式”包罗了任何一种无线***，可以包括蜂窝式、个人通信业务(PCS)、无线本地回路(WLL)等。
参照图1，***控制器与交换机110(也称为移动电话交换局(MTSO))一般包括对区站提供***控制的接口与处理电路。控制器110还控制着从公共交换电话网(PSTN)到一合适区站的电话呼叫路由，以传输给合适的移动或用户单元。控制器110还控制着从使用至少一个区站的移动或远地用户单元到PSTN的呼叫路由。控制器110可在使用合适基站的各用户之间连接或链接诸多呼叫，因为各用户单元一般相互不直接通信。
控制器110可通过专用电话线、光纤链路或微波通信链路等各种手段耦合至区站。在图1中，例示了两个这样的区站112与114，还有移动单元116与118，其中每个移动单元都包括一蜂窝电话。在此讨论并图示的例举性区站112与114被认为为整个小区提供服务。然而，应该理解，可在地域上将小区分成若干扇区，各扇区对不同的覆盖区提供服务。因此，通常要在某个小区内的各扇区之间作切换，而且像在小区之间做的那样，可在各扇区间实现分集。
在图1中，线条120a-120b和122a-122b连同其各自的箭头都对应于信号传输，包括分别在区站112与移动单元116和118之间的各条业务信道上的数据传输。同样地，线条124a-124b和126a-126b分别代表在区站114与移动单元118和116之间的通信。区站112与114一般用等功率发射。
区站服务区或小区的覆盖区被设计或布局成地理形状，致使诸移动单元通常最接近一个区站，而且若将小区分成若干扇区，那么就只位于一个扇区内。当移动单元空闲时，即不没呼叫时，该移动单元就不断监视来自各邻近区站的导频信号，而且适宜的话，若该小区已扇区化，那么移动单元就监视来自单个区站的导频信号。通过比较区站112与114发射的导频信号的信号强度，移动单元116能确定处于哪个小区。
在图1的例中，可认为移动单元116最接近区站112。当移动单元116开始呼叫时，就将一控制消息发射给该最近的区站，图中为区站112。区站112一收到该呼叫请求消息，就马上把呼叫号码传递给***控制器110。然后，控制器110通过PSTN将该呼叫接至指定的接听者。
若呼叫是在PSTN内启动的，那么控制器110就将呼叫信息发送给区内的所有区站，区站则在各自预定的、被呼叫的接听移动用户覆盖区内发射寻呼消息。当预定的接听移动单元“听到”或收到该寻呼消息时，它就作出响应，将一控制消息发射到最近区站。该控制消息通知***控制器该特定区站正在与被寻呼的移动单元通信。然后，控制器110通过该区站将呼叫传给该移动单元。若移动单元116移出原来区站112的覆盖区，则通过另一区站传送呼叫，以继续呼叫。
在图1的示例***中，对小区—用户链路上的用户信道指定了正交Walsh函数。在话音信道的情况下，将各话音信号的数字符号流乘上其指定的Walsh序列，再把各话音信道的Walsh编码符号流乘上外PN编码波形，然后将得到的扩展符号流加在一起形成合成波形。本发明的另一实施例包括在用户—小区链路上指定正交Walsh函数。
接着把得到的合成波形调制到正弦载波上，作带通滤波，转换所需的工作频率，放大后由天线***辐射。本发明的另外几个实施例在形成区站发射的信号时，可交换上述某些操作的次序，如最好将各话音信道乘以外PN编码波形，在将准备由天线辐射的所有信道信号相加之前，先作滤波操作。在本领域中众所周知，为了获得各种实施优点和不同的设计，可以调换线性操作的次序。
该较佳的蜂窝式服务实施例的波形设计对小区—用户链路采用了导频载波法，如美国专利No.4,901,307所述。所有小区都使用同一种32,768长度序列发射导频载波，但定时偏置不同，以免互干扰。
如下面要详细描述的，特定蜂窝用户的符号流在第一次异或运算中与指定给该用户的Walsh序列组合在一起。Walsh函数一般以1.2288MHz、3.6864MHz或4,096MHz的速率计时，而在一包含话音、传真(FAX)与高/低速率数据信道的一示例可变数据速率***中，信息符号速率可从约75Hz变化到76,800Hz，得到的编码波形在第二次异或运算中与同样以1.2288MHz计时的二进制PN序列相组合。本发明的另一实施例包括范围为3-5MHz或以上的时钟序列。尤其是，一较佳实施例包括3.6864MHz与4.096MHz的速率。用同等的二进制PN序列对蜂窝式***覆盖区中一特定扇区内的每条用户信道编码。由于Walsh编码序列的正交性，每个序列都可用来处理与该扇区有关的单一RF信道上的用户数据，不会在该扇区内的用户之间造成干扰。
应用Walsh编码前，也可通过重复或交织对各信道载送的信号作卷积编码，以便提供检错与纠错功能，使该***工作于更低的信噪比与干扰比。卷积编码、重复与交织技术已为本领域所知。然后，通常把得到的信号调制到—RF载波上，与导频载波和调定载波连同其它话音载波一起相加。在与同特定小区内信道有关的PN序列相乘的前后，处理时可在若干不同的点(如IF频率或基带频率)作相加。
另外，该较佳实施例可以但不一定与相关标准的IS-95系列后向兼容。
现在参照图2，图中示出反向链路移动站发射机与基站接收机部分。移动站传输200以产生信息位202为开始。这些信息位202可以代表声码器(未示出)的输出，在声码器中，语音已转换为数字格式，或者语音原来就具有数字数据。对于本发明的目的而言，信息位202的来源并不相干。信息位202被发送给卷积编码器204，在此加大了正向纠错的冗余度。然后，得到的码符号在交织器206中按时间分集原则交织后送往调制器208，后者按IS-95(或相关)标准把交织符号扩展为正交的64元Walsh码序列，得到的Walsh符号再以合适的速率扩展。
在基站接收机250中，去扩展器252接收移动站发射机200发射的信号。接收的信号去扩展后送至Walsh相关器254，对该接收信号作Hadamard变换(HT)。将该接收信号置于64个Walsh相关能量箱之一内，计算相关能量，并在本发明一实施例的比较器256中与一预定能级作比较，该实施例在下面参照图3再详述。接收的符号用于在258、260项中产生6种软判决，再按IS-95标准在去交织器262中去交织，并在译码器264中译码。
对接收能量的评价过程涉及在所有接收信号的接收指针之间对最大Walsh相关能量的能量(Walsh能量)求和，各指针代表同一发射信号在RAKE或其它合适接收机中不同的多径接收。
对于图3，方法300包括比较步骤305。全速率能量(FR_NRG)与预定阈值FR_THR作比较。该较佳实施例在计算帧能量时对全帧(或其目标部分，取决于当前速率假设)的最大Hadamard变换(HT)相关能量求和。阈值根据速率判决算法的性能要求而变，而该算法可能依赖于应用情况(话音、数据等)。若FR_NRG超出FR_THR阈值，步骤310就指示“全速率”。在步骤315，若不显现全速率，就作半速率试验，若在含半速率能量的半帧HR_NRG上的接收能级超出HR_THR阈值，步骤320就指示半速率。若指示出既不是半速率也不是全速率，则控制进到步骤325。若在四分之一帧里测得的能量QR_NRG超出了QR_THR阈值，则步骤330测定1/4速率。在步骤335，若还要测定速率，则推定1/8速率。
这样，简单地说，FR_NRG就是最大Walsh相关能量对全速率价值“功率控制组(PCG)”之和，而对任何较低的速率(1/2、1/4与1/8)并无价值。同样地，HR_NRG是最大Walsh相关能量对半速率价值PCG之和，它对任何较低的速率(1/4与1/8)也无价值。必要时，可对QR_NRG与ER_NRG项重复同样的方法。
现在参照图4，图中示出一帧期间能量累加的图示情况。为便于表示，图中示出连续的能带，可方便地区分诸速率。根据IS-95标准，整个帧以伪随机方式分隔开称为“功率控制组(PCG)”的多达16条的分立能带。如条410所示，全速率能量占据了全帧。条420示出仅占半帧的半速率能量累加，1/4速率条430与1/8速率条440示出了类似的情况。
本发明一较佳实施例的特征在于，所用的帧的部分仅含有该速率和更高速率的能量，如参照条410，检查的是条412右半段的能量。若发现能量超过预定能级，从图4很容易看出，可能已发射了全速率。对条420应用上述方法，假定未测定全速率，就检查条420的422部分，若发现能量超过预定能级，最可能便是半速率测定。再参照条430，在测定也不会显现全速率与半速率测量值之后，若继续检查条430的432部分，就作1/4速率测定。同样地，若不作全速率、半速率或1/4速率测定，则作1/8速率测定。
帧能量的解调量度对传统的译码器量度提供了附加信息，并有助于提高不含帧能量计算的诸方法的性能，如在IS-95 CDMA***中，可用帧能量度改进基于译码器量度的方法。移动站利用数据脉冲串随机化作较低速率的传输。各帧被分成16个等长的“功率控制组(PCG)”，分别用每帧16、8、4、2个PCG发射全速率帧、半速率帧、1/4速率帧与1/8速率帧。将移动站发射的PCG称为有价值的PCG。在不同PCG中，能量的有无与发射速率相关。
在一较佳实施例中，对有价值的PCG(对较低速率仍无价值)，把帧能量当作最大Hadamard变换(HT)相关能量。第一组包含只在发射全速率帧时才使用的8个PCG，第二组包含每当发射全速率或半速率时使用的4个PCG，第三组包含每当发射1/4速率或更高速率帧时使用的2个PCG，最后一组包括其余2个在发射所有速率帧时都要使用的PCG。
这样，已描述了一种测定接收数据速率的改进的方法与设备。本领域的技术人员应理解，该特定的实施例虽然应用于CDMA无线通信***，但是也可应用于任何具有或不具有分布体系结构的数字(CDMA或TDMA)地面或卫星、固定或移动无线(话音或数据及其组合)***。
这样，已图示和描述了本发明的诸较佳实施例。但本领域的技术人员显然明白，可对这里揭示的诸实施例作各种变更而不违背本发明的精神或范围。因此，本发明只受限于下述权利要求及其等效的技术方案。

Claims (20)

1.一种在无线电话***中测定接收数据速率的***，其特征在于包括：
相关器，用于累加表示接收能级的接收信号，以形成一累加信号；
比较器，用于将所述累加信号与预定基准电平作比较，并产生表示特定数据速率之一的第二信号。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，还包括：
伪噪声去扩展器，用于对接收信号去扩展。
3.如权利要求2所述的***，其特征在于，还包括：
译码器，用于根据所述第二信号以某一数据速率对接收信号作译码。
4.如权利要求3所述的***，其特征在于，所述比较器根据接收信号内某一帧具有的预定数量的伪随机间隔的分立部分，产生所述第二信号。
5.如权利要求4所述的***，其特征在于，所述特定数据速率是全速率、半速率、1/4速率或1/8速率之一。
6.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述无线电话***包括码分多址接收机。
7.如权利要求6所述的无线电话***，其特征在于，还包括RAKE接收机。
8.一种在无线电话***中测定数据速率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)接收信号；
(b)将和信号与一预定阈值比较，产生一比较结果；
(c)根据所述比较结果，测定最有可能的数据速率。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(a)还包括：
(a1)接收移动站发射的信号。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(a)还包括：
(a2)以一预定数据速率接收信号。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤(a)还包括：
(a3)将RAKE接收机接收到的信号组合成一和信号。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤(a)还包括：
(a4)在一帧的一预定部分内，将RAKE接收机接收到的信号组合成一和信号。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(a4)还包括步骤：
在一帧的另一预定部分内，重复合并该和信号。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，步骤(b)还包括步骤：
(b1)从一预选的阈值表里选择该阈值。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，该阈值取决于该帧的预定部分。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，该阈值依赖于全速率、半速率、1/4速率与1/8速率的数据速率之一。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，一帧的所述预定部分与全速率、半速率、1/4速率与1/8速率的数据速率之一相关。
18.一种在无线电话***中测定接收数据速率的***，其特征在于包括：
(a)用于接收信号并在一帧的一预定部分内反复对RAKE接收机接收到的信号合并，使之成为一和信号的装置；
(b)用于比较所述和信号与预定阈值以产生一比较结果的装置；
(c)根据所述比较结果而测定最有可能的数据速率的装置。
19.如权利要求13所述的设备，其特征在于还包括：
从一预选的阈值表中选择阈值的装置。
20.如权利要求19的***，其特征在于，该阈值取决于全速率、半速率、1/4速率与1/8速率的数据速率之一。
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