專利名稱：為反向鏈路分配最佳沃爾什碼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分配最佳沃爾什(Walsh)碼的方法，用于區(qū)分反向鏈路的移動臺信號，從而使碼分多址(以下稱CDMA)通信系統(tǒng)中的移動臺之間的干擾最小化。
一般說來，在一個CDMA通信系統(tǒng)中，從移動臺到基站之間的反向鏈路的語音質(zhì)量劣于從基站到移動臺之間的正向鏈路的語音質(zhì)量。特別是，反向鏈路上的多徑衰落和移動臺間干擾對通信系統(tǒng)的性能有很大的影響。
在正向鏈路中，所有的CDMA信號之間通過偽噪聲(以下稱PN)碼來相互區(qū)分。而且，所有的CDMA信號共享一對正交PN碼。
即，經(jīng)過CDMA信道從一個基站發(fā)送出的所有的CDMA信號都具有相同的PN碼相位。移動臺根據(jù)基于沃爾什函數(shù)的二進制正交碼來區(qū)分這些信號。
然而現(xiàn)在沒有一種方法能最小化反向鏈路上收發(fā)信號時的多徑衰落和用戶間干擾，而只是提出了在正向鏈路中擴展PN碼的方法。


圖1顯示了在傳統(tǒng)反向鏈路中的碼擴展框圖。
如圖1所示，在傳統(tǒng)反向鏈路中，每一個移動臺的信號被長PN碼1和短PN碼2所擴展。這樣，基于分配給相應(yīng)的移動臺的長PN碼1和短PN碼2在I和Q信道中的擴展，實現(xiàn)移動臺之間的信號的互相區(qū)分。
在傳統(tǒng)反向鏈路中，這種方式使得移動臺間的干擾被均衡，并且使彼此間的性能差別最小化。
值得注意的是，干擾的程度正比于移動臺的個數(shù)。因次，由于移動臺的多徑特點及其之間的干擾，一個基站所能服務(wù)的移動臺數(shù)目受到一定限制。
以上提及的傳統(tǒng)反向鏈路有以下缺點即存反向鏈路中，在不考慮任何同步系統(tǒng)的實際環(huán)境中，基站從多個移動臺接收的信號彼此并不同步。這使得難以提高反向鏈路的信噪比。
所以本發(fā)明著眼于以上問題，目的在于提供一種給反向鏈路分配最佳沃爾什碼的方法。本方法為反向鏈路中的移動臺信號提供了一個同步系統(tǒng)，并且獲取最佳沃爾什碼來最小化多個移動臺之間的干擾，然后把該沃爾什碼分別分配給各個移動臺來擴展經(jīng)過反向鏈路的移動臺信號，這樣就大大提高了反向鏈路的信噪比。
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，提供了給具有一個基站和多個移動臺的通信系統(tǒng)的反向鏈路分配最佳正交函數(shù)碼的方法。該方法由以下步驟構(gòu)成第一步是檢測從一個既定的移動臺到基站的反向鏈路信道的特性；第二步是基于檢測到的反向鏈路信道的特性獲得正交函數(shù)碼；第三步是分配獲得的正交函數(shù)碼給既定的移動臺。
本發(fā)明的一個特點是，除了使用傳統(tǒng)的PN碼外，還分配沃爾什碼以區(qū)分各移動臺信號，從而最小化反向鏈路中的移動臺之間的干擾，由此能夠大大提高反向鏈路的信噪比。最佳沃爾什碼是基于互相關(guān)獲得的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，在具有多個服務(wù)區(qū)(每個服務(wù)區(qū)都有一個基站和多個移動臺)的移動通信系統(tǒng)中，提供了一種為反向鏈路分配最佳沃爾什碼的方法。該方法包括下列步驟順序地給每個服務(wù)區(qū)內(nèi)的各個移動臺分配沃爾什碼，從而區(qū)分不同的移動臺發(fā)送出的信號。
通過以下詳細(xì)的敘述及附圖可以更清楚地理解本發(fā)明的以上和其它的目的、特點和優(yōu)勢，詳述如下圖1是在傳統(tǒng)反向鏈路中進行碼擴展的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例為反向鏈路分配最佳沃爾什碼方法的框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的可替代實施例為反向鏈路分配最佳沃爾什碼方法的框圖；圖4顯示了實際的反向鏈路中多徑分布的信號強度和延時特性；圖5是根據(jù)本發(fā)明為反向鏈路分配最佳沃爾什碼方法的流程圖；參考圖2，顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例為反向鏈路分配最佳沃爾什碼方法的框圖。在該實施例中，使用沃爾什碼來區(qū)分各個移動臺信號。
在正向鏈路中，因為移動臺信號都基于基準(zhǔn)時間同步，故多徑分布是相同的。但是在反向鏈路中，如圖4所示，移動臺信號經(jīng)過多條路徑，然后被基站接收，它們之間是不同步的。即使接收到的移動臺信號來自于同一移動臺，它們的信號強度和延時特性在多徑中的每條路徑上也是不同的。
因此，為了根據(jù)本發(fā)明為反向鏈路分配最佳沃爾什碼，經(jīng)過反向鏈路的多徑的移動臺信號必須被同步。
然后，根據(jù)每個同步的移動臺的所有正交函數(shù)碼來估測信道，并基于估測的信道值來獲取最佳正交函數(shù)碼。
正交函數(shù)碼可以用以下方式獲得。例如，正交函數(shù)碼可能是沃爾什碼，gold碼或者其它的正交碼。
在本實施例中，正交函數(shù)碼使用沃爾什碼。該沃爾什碼可從不同的代價函數(shù)獲得，這些代價函數(shù)基于每個移動臺信號使用二進制相移鍵控來擴展(以下稱BPSK擴展)的情況，和使用正交相移鍵控來擴展(以下稱QPSK擴展)的情況。
首先，在每個移動臺信號使用BPSK擴展的情況中，最佳正交沃爾什碼可用如下步驟獲得。
使從每個移動臺接收到的信號的代價函數(shù)最小，這樣就可以得到分配給每個移動臺的最佳正交沃爾什碼。從每個移動臺接收到的信號的代價函數(shù)可表達(dá)成以下形式[方程1]P(i)=Σi=1IΣj=1JΣm=1KΣn=1Kαi,m2αj,n2Ci,j2(τi,m-τi,n)·[1-δ(i,j)δ(m,n)]]]>在本方程中，附加的[1-δ(i，j)δ(m，n)]用于減去一個信號成份，τi，m用于指示第i個用戶的第m條路徑上的時延。
以上的方程1用于獲得從每個移動臺接收的信號的噪聲功率，其中的αi，m2和αj，n2是估測的信道值，它指示了每個移動臺的功率強度。這些估測的信道值是事先在估計每個移動臺的信道的過程中獲得的，因此它們在方程1中是常量。
因此，最佳正交沃爾什碼是在代價函數(shù)取最小值時，從相關(guān)函數(shù)Ci，j獲得的。
該相關(guān)函數(shù)Ci-j定義如下[方程2]Cij(τ)=∫Xi(t)Xi(t-τ)dτ]]>在以上相關(guān)函數(shù)中，Xi(t)是沃爾什碼和PN碼的結(jié)合，它定義如下[方程3]Xi(t)＝Wi(t)p(t)其中，Wi(t)是沃爾什碼，p(t)是PN碼。
可以從方程3看出，當(dāng)代價函數(shù)取最小值時可獲得沃爾什碼Wi(t)。該沃爾什碼就是分配給第i個移動臺的最佳正交沃爾什碼。
在使用QPSK擴展的情況中，最佳正交沃爾什碼可用如下步驟獲得。
使從每個移動臺接收到的信號的代價函數(shù)最小，這樣就可以得到分配給每個移動臺的最佳正交沃爾什碼。從每個移動臺接收到的信號的代價函數(shù)可表達(dá)成以下形式[方程4]
使用以上方程4獲得從每個移動臺接收的信號的噪聲功率，其中的αi，m2和αj，m2是估測的信道值，它指示了每個移動臺的功率強度。這些估測的信道值是事先在估計每個移動臺的信道的過程中獲得的，因此它們在方程4中是常量。
因此，最佳正交沃爾什碼是在代價函數(shù)取最小值時，從相關(guān)函數(shù)Ci，j獲得的。在第i個移動臺第j個移動臺之間的I信道和Q信道的相關(guān)函數(shù)可定義如下[方程5]Ci,jI,I(τ)=∫XiI(t)XjI(t-τ)dτ]]>Ci,jQ,Q(τ)=∫XiQ(t)XjQ(t-τ)dτ]]>Ci,jI,Q(τ)=∫XiI(t)XjQ(t-τ)dτ]]>Ci,jQ,I(τ)=∫XiQ(t)XjI(t-τ)dτ]]>在以上的相關(guān)函數(shù)中，Xi(t)是沃爾什碼和PN碼的結(jié)合，關(guān)于I和Q信道定義如下XiI(t)=ΔWi(t)PI(t)]]>XiQ(t)=ΔWi(t)PQ(t)]]>其中Wi(t)是沃爾什碼，PI(t)是I信道的PN碼，PQ(t)是Q信道的PN碼。盡管積分時間是由系統(tǒng)設(shè)計員選擇的，但它優(yōu)選必須是沃爾什碼的一個周期或更多。在BPSK擴展中PI(t)＝PQ(t)。
當(dāng)?shù)趇個移動臺信號和第j個移動臺信號在基站處同步時，以上的值很容易獲得。但當(dāng)?shù)趇個移動臺信號和第j個移動臺信號在基站處不同步時，以上的相關(guān)函數(shù)值可能會因為這種異步狀態(tài)而不穩(wěn)定。
這樣，當(dāng)代價函數(shù)取最小值時可獲得沃爾什碼Wi(t)。該沃爾什碼就是分配給第i個移動臺的最佳正交沃爾什碼。
在以上為每個移動臺獲得最佳正交沃爾什碼的過程中，使用的PN碼可以是長PN碼或是短PN碼。如果使用的PN碼是周期為沃爾什碼周期/整數(shù)的短PN碼20，則對于值Wi(t)來說值P(t)是固定的。例如在本實施例中，使用了短PN碼，其周期與一個移動臺碼元間隙相等。
短PN碼20用來擴展每個移動臺信號，以便減小很大的沃爾什碼自相關(guān)。
值得一提的是，對應(yīng)每個用戶可能的沃爾什碼組合計算以上代價函數(shù)需要大量的時間。
由于這個原因，并考慮當(dāng)今的硬件水平，以上的代價函數(shù)適用于每個用戶的路徑特性是固定的或變化緩慢的情況，如無線本地環(huán)路(WLL)環(huán)境或者室內(nèi)環(huán)境。同樣地，以上的代價函數(shù)適用于由于路徑特性變化緩慢而使計算時間不成為主要問題的情況。換言之，代價函數(shù)適用于已經(jīng)計算出一個最佳沃爾什碼的組合并固定地使用它的環(huán)境，或者是由于路徑特性變化緩慢而有足夠的計算時間的環(huán)境。
在路徑特性變化相對較快的環(huán)境中，理想地使用一個次最佳化方法。該次最佳化方法只優(yōu)化一個新進入的用戶沃爾什碼，而不改變先前已分配的用戶沃爾什碼。
這個次最佳化方法能夠減少計算時間，因為它只使由新用戶引起的干擾和最小化。
在次最佳化方法中，代價函數(shù)如下所示。
首先，在BPSK擴展中，代價函數(shù)可表達(dá)成如下方程式Σj=1IΣm=1KΣn=1Kαo,m2αj,n2Co,j2(τo,m-τj,n)·[1-δ(m,n)]]]>在QPSK擴展中，代價函數(shù)可表達(dá)成如下方程式Σj=1IΣm=1KΣn=1Kαo,m2αj,n2Co,j2(τo,m-τj,n)·[1-δ(m,n)]]]>
其中，下標(biāo)“O”表示一個新的用戶。
使代價函數(shù)最小化的沃爾什碼是分配給新用戶的次最佳沃爾什碼。當(dāng)把用以上方法得到的次最佳正交沃爾什碼分配給第i個移動臺后，以預(yù)定的時間間隔對新進入的不同移動臺重復(fù)以上的操作，來獲得次最佳正交沃爾什碼并把它們分配給相應(yīng)的移動臺。
根據(jù)系統(tǒng)操作員的選擇，以上提及的次最佳沃爾什碼分配方法既可以應(yīng)用于分配給每個移動臺的初始沃爾什碼，也可以應(yīng)用于新用戶。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的可替代實施例為反向鏈路分配最佳沃爾什碼方法的框圖；該實施例中使用了與第一實施例不同的方式，如圖3所示，它不使用PN碼擴展，而只分配正交沃爾什碼來區(qū)分不同的移動臺。在第二實施例中，代價函數(shù)中的Xi(t)定義如下Xi(t)=ΔWi(t)]]>其中，Wi(t)是沃爾什碼，故Xi(t)就是沃爾什碼本身。
第二實施例提供了在單蜂窩環(huán)境中的最佳性能。
圖5是根據(jù)本發(fā)明為反向鏈路分配最佳沃爾什碼方法的流程圖。
在反向鏈路中，每一個基站必須檢測移動臺如圖4所示的多徑特性，從而同步從移動臺接收到的信號。
這樣，經(jīng)過多條路徑的移動臺信號在步驟S1處被同步。
然后，在步驟S2中估測對應(yīng)于每個移動臺的信道情況。如果在步驟S3完成了對所有移動臺信道的估計，在步驟S4中就可以獲得使一個既定的移動臺的代價函數(shù)最小化的最佳正交沃爾什碼。
在步驟S5中將該獲得的最佳正交沃爾什碼分配給相應(yīng)的移動臺。然后，經(jīng)過預(yù)定的時間后，可以獲得對應(yīng)一個不同的移動臺的最佳或次最佳正交沃爾什碼。然后，把獲得的最佳或次最佳正交沃爾什碼分配給相應(yīng)的移動臺。
以上步驟S1到S5按順序不斷重復(fù)，直到給所有的移動臺都分配了正交沃爾什碼。優(yōu)選地以上運算每隔4秒重復(fù)一次，這樣可以把反向鏈路的信噪比提高3dB。
在最佳正交沃爾什碼進行選擇性地分配時，它們可以從方程1或方程4的總計(1ump)中獲得。
從以上描述中可明顯看出，本發(fā)明的反向鏈路最佳沃爾什碼分配方法具有以下好處。
即通過反向鏈路將最佳沃爾什碼分別分配給多個移動臺以最小化多徑造成的移動臺間干擾。這樣可使得反向鏈路的信噪比提高3到5dB。更進一步地講，本發(fā)明對于信道變化緩慢的通信系統(tǒng)猶為有用，例如無線本地環(huán)路，或是CDMA通信系統(tǒng)中的室內(nèi)應(yīng)用。
盡管以上描述的本發(fā)明優(yōu)選實施例只是為了闡明原理，在不偏離所附權(quán)利要求的范圍或精神的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)熟練者應(yīng)理解可以對它進行修正、添加或者替代。
權(quán)利要求
1. 在具有一個基站和多個移動臺的通信系統(tǒng)中為反向鏈路分配最佳正交函數(shù)碼的方法，包含以下步驟(a)檢測從所述移動臺到所述基站的反向信道的特性；(b)基于檢測到的所述反向信道的特性獲得正交函數(shù)碼；以及(c)將獲得的正交函數(shù)碼分配給既定的一個所述移動臺。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的為反向鏈路分配最佳正交函數(shù)碼的方法，所述步驟(b)包括獲得正交函數(shù)碼的步驟，使由來自所述既定移動臺的信號的多徑特性引起的路徑間干擾最小化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的為反向鏈路分配最佳正交函數(shù)碼的方法，所述步驟(b)包括獲得正交函數(shù)碼的步驟，使所述既定移動臺和其它移動臺間的干擾最小化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的為反向鏈路分配最佳正交函數(shù)碼的方法，所述步驟(b)包括獲得正交函數(shù)碼的步驟，使由于既定移動臺的信號的多徑特性引起的路徑間干擾最小化和使既定的移動臺與其它移動臺間干擾最小化。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4的為反向鏈路分配最佳正交函數(shù)碼的方法，進一步包括在檢測既定移動臺和其它移動臺的反向信道的特性之前，同步被基站接收的來自所述移動臺的信號的步驟。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的為反向鏈路分配最佳正交函數(shù)碼的方法，所述既定移動臺和其它移動臺的反向鏈路特性包括所述移動臺的多徑特性。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的為反向鏈路分配最佳正交函數(shù)碼的方法，所述步驟(c)包括分配使代價函數(shù)最小化的正交函數(shù)碼給既定的移動臺的步驟，所述代價函數(shù)表示成既定移動臺和其它移動臺之間的干擾和。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的為反向鏈路分配最佳正交函數(shù)碼的方法，進一步包括對所述其它移動臺按順序重復(fù)執(zhí)行從(a)到(c)的步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5的為反向鏈路分配最佳正交函數(shù)碼的方法，所述步驟(b)包括獲得使代價函數(shù)最小化的正交函數(shù)碼組的步驟，代價函數(shù)是這樣得到的，先獲得既定移動臺和其它移動臺之間的干擾和，并關(guān)于所有移動臺將獲得的干擾和相加，所述步驟(c)包括分配獲得的正交函數(shù)碼組給各個移動臺的步驟。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5的為反向鏈路分配最佳正交函數(shù)碼的方法，所述正交函數(shù)碼是沃爾什碼。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5的為反向鏈路分配最佳正交函數(shù)碼的方法，進一步包括為服務(wù)區(qū)內(nèi)的反向鏈路分配不同的PN碼的步驟，所述服務(wù)區(qū)由一個基站和多個移動臺限定。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的為反向鏈路分配最佳正交函數(shù)碼的方法，所述PN碼的周期是正交函數(shù)碼周期/整數(shù)。
13. 在具有多個服務(wù)區(qū)的通信系統(tǒng)中為反向鏈路分配最佳沃爾什碼的方法，其中每一個所述服務(wù)區(qū)包括一個基站和多個移動臺，該方法包括按順序給每個服務(wù)區(qū)中的各個移動臺分配沃爾什碼的步驟，從而將各移動臺的信號相互區(qū)分開。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的為反向鏈路分配最佳沃爾什碼的方法，進一步包括將既定移動臺的信號與PN碼相乘來進行擴展的步驟，所述PN碼的周期是沃爾什碼周期/整數(shù)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的為反向鏈路分配最佳沃爾什碼的方法，在所述服務(wù)區(qū)內(nèi)分配的所述PN碼是相同的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的為反向鏈路分配最佳沃爾什碼的方法，所述沃爾什碼分配步驟包括分配使由所述移動臺信號的多徑特性引起的路徑間干擾最小化的沃爾什碼給各個移動臺的步驟。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15的為反向鏈路分配最佳沃爾什碼的方法，進一步包括獲得使由所述移動臺信號的多徑特性引起的路徑間干擾最小化和使所述移動臺間干擾最小化的沃爾什碼的步驟。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的為反向鏈路分配最佳沃爾什碼的方法，進一步包括同步所述基站接收到的移動臺信號以便計算移動臺間干擾的步驟。
19. 根據(jù)權(quán)利要求4的為反向鏈路分配最佳正交函數(shù)碼的方法，所述步驟(c)包括當(dāng)一個獨立的移動臺加入所述基站所屬的服務(wù)區(qū)時，分配任何一個與以前已經(jīng)分配的正交函數(shù)碼不同的正交函數(shù)碼給新加入的移動臺。
20. 根據(jù)權(quán)利要求4的為反向鏈路分配最佳正交函數(shù)碼的方法，所述步驟(c)包括當(dāng)任何一個移動臺離開所述基站所屬的服務(wù)區(qū)時，維持已經(jīng)分配給所述離開的移動臺的正交函數(shù)碼為空閑正交函數(shù)碼。
全文摘要
在具有一個基站和多個移動臺的通信系統(tǒng)中為反向鏈路分配最佳正交函數(shù)碼的方法，包括以下步驟檢測從一個既定的移動臺到基站的反向信道的特性；基于檢測到的反向信道的特性獲得正交函數(shù)碼；分配獲得的正交函數(shù)碼給既定的移動臺。根據(jù)本發(fā)明，分配最佳沃爾什(Walsh)碼以區(qū)分反向鏈路上的不同的移動臺信號，從而最小化CDMA通信系統(tǒng)中的移動臺間干擾。因此，經(jīng)過多條路徑的移動臺間干擾能夠被最小化，從而顯著提高了反向鏈路的信噪比。
文檔編號H04Q7/36GK1239387SQ9910789
公開日1999年12月22日 申請日期1999年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月16日
發(fā)明者申鴻燮 申請人:Lg情報通信株式會社