專利名稱：一種碼分雙工的通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別涉及一種新的碼分雙工方法。
技術(shù)背景無線通信系統(tǒng)的一項(xiàng)基本任務(wù)是建立和保持無線終端與基站間的通信鏈路，實(shí)現(xiàn)通信 數(shù)據(jù)的雙向傳輸，由基站傳往無線終端方向的鏈路，稱為下行鏈路；由無線終端傳往基站 方向的鏈路，稱為上行鏈路?，F(xiàn)存的上行、下行雙工系統(tǒng)有頻分雙工系統(tǒng)和時(shí)分雙工系 10統(tǒng)。其中頻分雙工系統(tǒng)采用不同的頻率隔離上行、下行鏈路之間的干擾。時(shí)分雙工系統(tǒng)采 用相同頻率于上行、下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸，但是利用不同時(shí)隙隔離上行、下行鏈路之間的干 擾。上述兩種雙工方法的上行、下行或各自占頻率資源或各自占用時(shí)間資源。因此，它們 的頻譜效率是相同的。為了提高無線通信系統(tǒng)的頻譜利用率，需要提出一種新的通信方法，使得系統(tǒng)上行和 15下行信道可以共享頻率和時(shí)間資源。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種碼分雙工的方法，以提高頻譜利用率，使得通信系統(tǒng)的所有 或部分上行和下行通信鏈路工作在相同的頻率和相同的時(shí)隙上。20 由于本發(fā)明的目的是解決整個(gè)系統(tǒng)的上下行的同頻同時(shí)工作問題，為了將問題簡(jiǎn)單化，這里我們首先將雙工的概念進(jìn)行一般化擴(kuò)展，傳統(tǒng)的雙工的概念主要是針對(duì)一個(gè)小區(qū) 的上行和下行鏈路的資源分配問題，而本文將雙工的概念擴(kuò)展到整個(gè)系統(tǒng)所有小區(qū)的上行 和下行的資源分配問題。我們首先建立一個(gè)一般的系統(tǒng)模型，將原有的所有基站發(fā)射機(jī)歸 類化為一個(gè)下行發(fā)射機(jī)，所有基站接收機(jī)歸類為一個(gè)上行接收機(jī)，所有無線終端發(fā)射機(jī)歸25類為一個(gè)上行發(fā)射機(jī)，所有無線終端接收機(jī)歸類為一個(gè)下行接收機(jī)，這樣就把整個(gè)系統(tǒng)歸 類為一個(gè)上行鏈路和一個(gè)下行鏈路；將原有的每個(gè)基站發(fā)射機(jī)和無線終端接收機(jī)之間的通 道看作下行鏈路的一個(gè)信道，或者說一個(gè)下行信道；每個(gè)無線終端發(fā)射機(jī)和基站接收機(jī)之 間的通道看作上行鏈路的一個(gè)信道，或者說一個(gè)上行信道。整個(gè)上行鏈路和下行鏈路的資 源分配方式由各個(gè)上行信道和下行信道之間的資源分配方式組成，我們將任意一個(gè)上行信30道和任意一個(gè)下行信道之間的資源分配方式都稱為一種雙工方式，而不管這兩個(gè)信道的發(fā) 射機(jī)和接收機(jī)在實(shí)際中是在一個(gè)小區(qū)還是在不同小區(qū)。下面對(duì)本發(fā)明的描述均以此模型為依據(jù)。然后，我們定義干擾發(fā)射機(jī)的概念。對(duì)一個(gè)接收機(jī)而言，干擾發(fā)射機(jī)是指除去發(fā)射預(yù) 期收到信號(hào)的發(fā)射機(jī)以外的其它所有與預(yù)期接收信號(hào)發(fā)射機(jī)工作在相同頻率相同時(shí)間的 發(fā)射機(jī)。在上述系統(tǒng)模型下，干擾發(fā)射機(jī)主要指與上行接收機(jī)同頻同時(shí)工作的下行發(fā)射機(jī) 5和與下行接收機(jī)同頻同時(shí)工作的上行發(fā)射機(jī)，而干擾是指上述發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)對(duì)接收機(jī) 預(yù)期接收信號(hào)的干擾。本發(fā)明主要解決上述系統(tǒng)模型中上行鏈路和下行鏈路全部或部分信道工作在相同頻 率相同時(shí)隙時(shí)的雙工工作模式，本法明的技術(shù)方案如下在本發(fā)明碼分雙工的方法中，在發(fā)射端，將上述同頻同時(shí)隙工作的信道上的信息符號(hào) 10采用零互相關(guān)或低互相關(guān)的擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻，擴(kuò)頻方法是對(duì)每一個(gè)上行或下行信道的信息 符號(hào)用一個(gè)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻，不同的信道使用不同的擴(kuò)頻碼。在接收端，預(yù)期接收信號(hào)及干擾信號(hào)之間獲得了時(shí)間同步，接收到的信號(hào)為預(yù)期接收 信號(hào)及干擾信號(hào)經(jīng)歷各自信道后到達(dá)之和，將預(yù)期接收信號(hào)的擴(kuò)頻碼和接收到的信號(hào)做相 關(guān)解擴(kuò)，得到需要的信息符號(hào)，或者將接收到的信號(hào)看成是多個(gè)利用擴(kuò)頻碼區(qū)分的用戶信 15號(hào)的疊加，用傳統(tǒng)的多用戶檢測(cè)算法進(jìn)行接收。下面從發(fā)射和接收兩個(gè)方面來具體說明本發(fā)明的碼分雙工系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)的 1.上行和下行鏈路碼分雙工發(fā)射我們選擇一組零互相關(guān)或低互相關(guān)的擴(kuò)頻碼，例如沃爾什(Walsh)碼乘以擾碼后 20形成的碼或者智能碼，設(shè)該組碼的碼長(zhǎng)為iV。將該組碼分為兩組 一組分配給上行鏈路， 它共有乂,個(gè)碼字，表示為C^，C^，…,(VM,;另一組分配給下行鏈路，它共有A^個(gè)碼字，表示為C^，C。2，…,Co 。上述每個(gè)碼字可以表示為一個(gè)分量數(shù)為 〃的向量，艮卩~,, =[C{/，,(1)，C{,,,(2),...,%(A0] 和^.,+0,,(仏,(2),..，￡;0,,(7\0]。25以上行鏈路為例，在發(fā)射端，上行發(fā)射機(jī)利用所分配的擴(kuò)頻碼對(duì)要發(fā)射的信息符號(hào)(該 符號(hào)為經(jīng)過數(shù)據(jù)調(diào)制的符號(hào))進(jìn)行擴(kuò)頻，擴(kuò)頻方法是對(duì)每一個(gè)上行信道上的信息符號(hào)用一 個(gè)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻，不同的上行信道使用不同的擴(kuò)頻碼，因此，上行鏈路中最多容納A^個(gè)同 頻同時(shí)工作的上行信道。 30 假設(shè)第i個(gè)上行信道上的信號(hào)為上行預(yù)期要接收的信號(hào)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為<formula>formula see original document page 5</formula> (1)其中<formula>formula see original document page 5</formula>分別代表第i個(gè)上行信道上發(fā)射的基帶信號(hào)，該信道上需要發(fā) 射的信息符號(hào)及該信道所分配的擴(kuò)頻碼的第/7個(gè)碼片。5 此時(shí)的干擾發(fā)射機(jī)主要是指與上述上行信道同頻同時(shí)工作的下行鏈路發(fā)射機(jī)，干擾也<formula>formula see original document page 5</formula>(2) 其中&(")， &,,和&，,如)分別代表下行鏈路發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)，第y個(gè)下行信道的信息符10號(hào)及該信道的擴(kuò)頻碼的第/7個(gè)碼片。根據(jù)我們對(duì)雙工概念的擴(kuò)展，上述下行鏈路中與第i個(gè)上行信道同頻率同時(shí)隙工作的下行信道可以是與上行信道同小區(qū)的，也可以是相鄰小區(qū)的。15 2.信號(hào)的接收還是以上行鏈路為例，上行接收信號(hào)為所有預(yù)期接收信號(hào)及干擾信號(hào)經(jīng)歷各自信道后到達(dá)之和其中r (")為上行接收機(jī)接收到的信號(hào)，~,,(7")和^，40")分別代表第i個(gè)上行信道第Z"徑的20信道增益和第k個(gè)下行信道的第r徑的信道增益；rQ為干擾信號(hào)與預(yù)接收信號(hào)之間的延時(shí)，尸(;,,是第1個(gè)上行信道的最大多徑延遲；p^是從第k個(gè)下行信道的最大多徑延遲。公式(3)的第一項(xiàng)是來自上行鏈路的信號(hào)之和，第二項(xiàng)是來自下行鏈路的干擾信號(hào)之和。2. 1相關(guān)解擴(kuò)接收25 根據(jù)擴(kuò)頻碼的互相關(guān)特性，上行鏈路接收機(jī)可以采用相關(guān)解擴(kuò)的方法得到預(yù)期要接收 的用戶信息符號(hào)。相關(guān)解擴(kuò)就是指用預(yù)期要接收的用戶的擴(kuò)頻碼和接收機(jī)接收到的信號(hào)做 相關(guān)，從而得到需要的信息符號(hào)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為<formula>formula see original document page 6</formula>上式中，等號(hào)右邊第一項(xiàng)是第i個(gè)上行信道解擴(kuò)輸出信號(hào)，第二項(xiàng)是解調(diào)信號(hào)中包含的上 行鏈路中其他信道的干擾，第三項(xiàng)為下行干擾發(fā)射機(jī)帶來的干擾。下面根據(jù)解擴(kuò)信干比增益討論(4)式的應(yīng)用范圍。 5 2. 1. 1同步的單徑信道環(huán)境下當(dāng)預(yù)接收信號(hào)和干擾信號(hào)同步且信道為單徑信道時(shí)，如果使用的是零互相關(guān)擴(kuò)頻碼， 由于上行和下行信道碼的零互相關(guān)性可推知，解擴(kuò)后干擾功率為0，信干比解擴(kuò)增益為無 窮大；如果使用的是低互相關(guān)擴(kuò)頻碼，上下行信道碼的相關(guān)值很小，解擴(kuò)后干擾很低，信 干比增益很大，這兩種情況下(4)式都可以直接庫用。 10 2. 1. 2異步或多徑信道環(huán)境下在預(yù)接收信號(hào)和干擾信號(hào)沒有嚴(yán)格同步或者多徑信道的情況下，上述解擴(kuò)方法可以 得到大約12-15dB的解擴(kuò)增益，所以該方法在接收機(jī)預(yù)期接收信號(hào)與干擾信號(hào)的信干比大 于-10dB左右可以正常工作。因此，在解擴(kuò)前信千比大于-10dB情況下,本發(fā)明的(4)式可 以直接應(yīng)用；在解擴(kuò)前信干比小于-10dB情況下，本發(fā)明需要借助干擾消除方法抑制后兩 15項(xiàng)干擾之后，應(yīng)用(4)式。這里的干擾消除的方法可以是提供一個(gè)有線連接信道將干擾發(fā)射機(jī)信號(hào)直接送置接 收機(jī)信號(hào)預(yù)處理單元，并利用它消除干擾發(fā)射機(jī)來自空中接口的干擾信號(hào)?；驹硎怯?來自有線信道的信號(hào)減去接收機(jī)接收信號(hào)中來自空中接口的干擾信號(hào)。由于有線信道與空 中接口信道存在較大差異，所以在信號(hào)預(yù)處理單元內(nèi)必須設(shè)置一個(gè)信道模擬器，它的任務(wù) 20是精確模擬干擾射機(jī)到接收機(jī)之間空中接口信道。將來自有線的干擾發(fā)射機(jī)信號(hào)送入上述 信道模擬器后，我們只需將它的輸出信號(hào)相位調(diào)制到與空中接口信號(hào)相反，隨后用一個(gè)加 法單元將干擾消除。2.2多用戶檢測(cè)接收方法 25對(duì)于公式(l)中的接收信號(hào)，如果將干擾發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)也等同于一個(gè)用戶信號(hào)，則 接收信號(hào)可以看成是多個(gè)利用擴(kuò)頻碼區(qū)分的用戶信號(hào)的疊加，因此可以用傳統(tǒng)的多用戶檢測(cè)算法進(jìn)行接收。本發(fā)明提出的碼分雙工方法，使得系統(tǒng)上行和下行鏈路可以共享頻率和時(shí)間資源。該 方法利用擴(kuò)頻碼之間互相關(guān)特性克服上下行信道之間的相互干擾，它的基本思想是利用碼 5資源來提高頻率使用效率。本發(fā)明的碼分雙工的方法還可以與傳統(tǒng)的時(shí)分雙工系統(tǒng)結(jié)合，避免時(shí)分雙工系統(tǒng)中各 小區(qū)的嚴(yán)格的時(shí)間同步。傳統(tǒng)的時(shí)分雙工方法是指在同一小區(qū)內(nèi)，其上行鏈路和下行鏈路在不同時(shí)隙采用相同 頻率工作。這種系統(tǒng)必須保證系統(tǒng)中各小區(qū)嚴(yán)格同步，否則相鄰小區(qū)的下行發(fā)射將成為本 10小區(qū)上行接收的嚴(yán)重干擾。在本發(fā)明最初建立的系統(tǒng)模型里，這種不同步也就意味著，上 行鏈路和下行鏈路有一部分信道是同時(shí)同頻率工作的，因此，利用碼分雙工可以解決這一 問題，將同頻同時(shí)隙工作的上下行信道利用零互相關(guān)或低互相關(guān)的擴(kuò)頻碼進(jìn)行區(qū)分，這樣 就避免了時(shí)分雙工系統(tǒng)中各小區(qū)的嚴(yán)格時(shí)間同步。1

圖1是碼分雙工系統(tǒng)示意圖；圖2是利用了干擾消除的碼分雙工系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式
20 下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的內(nèi)容，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的系統(tǒng)如圖1所示，在發(fā)射端，上行發(fā)射信號(hào)采用碼長(zhǎng)為N的擴(kuò)頻碼c^，i-O，l，..，或M,-1，擴(kuò)頻；各下行發(fā)射信號(hào)采用c^,cw，…,^^擴(kuò)頻。例如當(dāng)N-64時(shí)，采用Walsh64進(jìn)行擴(kuò)頻，各上行發(fā)射信號(hào)選用第1 32個(gè)Walsh64碼進(jìn)行擴(kuò)頻，而下行發(fā) 射信號(hào)選用33 64個(gè)Walsh64碼進(jìn)行擴(kuò)頻。調(diào)整各上行信道上信號(hào)幀的起始時(shí)間，使得各 25個(gè)上行信號(hào)到達(dá)上行接收機(jī)時(shí)間同步，并且使得它們與下行發(fā)射的干擾信號(hào)同步。在接收端，測(cè)量預(yù)接收信號(hào)與干擾信號(hào)功率之比值，在該比值大于-10dB的情況下， 接收機(jī)采用相關(guān)解擴(kuò)的方法得到預(yù)接收信號(hào)；在信干比小于-10dB的情況下，上行接收機(jī) 采用一個(gè)干擾預(yù)消除模塊之后，再使用相關(guān)解擴(kuò)方法得到預(yù)接收信號(hào)(見圖2)。 在接收端，還可以直接用多用戶檢測(cè)的方法得到預(yù)接收信號(hào)。 30上述技術(shù)方案和具體實(shí)施方法均以上行信道接收為例，下行接收方案與之相似。
權(quán)利要求
1.一種碼分雙工的發(fā)射方法，其特征在于，同頻同時(shí)隙工作的信道上的信息符號(hào)采用零互相關(guān)或低互相關(guān)的擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻，擴(kuò)頻方法是對(duì)每一個(gè)上行或下行信道的信息符號(hào)用一個(gè)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻，不同的信道使用不同的擴(kuò)頻碼。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射方法，其特征在于，所述擴(kuò)頻碼是沃爾什碼乘以擾碼 后形成的碼或智能碼。
3. —種碼分雙工的接收方法，預(yù)期接收信號(hào)及干擾信號(hào)在其發(fā)射端經(jīng)零互相關(guān)或 低互相關(guān)的不同擴(kuò)頻碼進(jìn)行了擴(kuò)頻，接收端接收到的信號(hào)為預(yù)期接收信號(hào)及干10 擾信號(hào)經(jīng)歷各自信道后到達(dá)之和，將預(yù)期接收信號(hào)的擴(kuò)頻碼和接收到的信號(hào)做 相關(guān)解擴(kuò)，得到需要的信息符號(hào)，或者將接收到的信號(hào)看成是多個(gè)利用擴(kuò)頻碼 區(qū)分的用戶信號(hào)的疊加，用多用戶檢測(cè)算法進(jìn)行接收。
4. 如權(quán)利要求3所述的接收方法，其特征在于，相關(guān)解擴(kuò)前利用下述方法進(jìn)行干 15 擾消除通過一個(gè)有線連接信道將干擾發(fā)射機(jī)信號(hào)直接送置接收機(jī)信號(hào)預(yù)處理單元，該信號(hào)預(yù)處理單元內(nèi)設(shè)置一個(gè)信道模擬器以精確模擬干擾射機(jī)到接收機(jī) 之間的空中接口信道，來自有線連接信道的干擾發(fā)射機(jī)信號(hào)送入上述信道模擬 器后，將它的輸出信號(hào)相位調(diào)制到與空中接口信號(hào)相反，隨后用一個(gè)加法單元 將干擾消除。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新的碼分雙工通信方法，該方法對(duì)工作在相同頻率和相同時(shí)隙內(nèi)上行和下行信道使用零互相關(guān)或低互相關(guān)擴(kuò)頻碼區(qū)分。接收端利用接收信號(hào)的解擴(kuò)增益，克服發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)的干擾在同步的單徑信道情況下，接收機(jī)采用相關(guān)解擴(kuò)的方法可以完全克服雙工之間的相互干擾。在非嚴(yán)格同步情況或多徑信道環(huán)境下，在解擴(kuò)前信干比大于-10dB情況下，可直接進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)；在解擴(kuò)前信干比小于-10dB情況下，需要借助干擾消除方法之后進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)。本發(fā)明還可利用傳統(tǒng)的多用戶檢測(cè)算法進(jìn)行接收。本發(fā)明利用碼資源提高了頻率使用效率，使得系統(tǒng)上行和下行鏈路可以共享頻率和時(shí)間資源。
文檔編號(hào)H04L5/14GK101150388SQ200610113248
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2006年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者李建業(yè), 焦秉立 申請(qǐng)人:北京大學(xué)