WCDMA与GSM系统同频传输方法 【技术领域】
本发明涉及移动通信技术领域，具体的说是一种利用数字蜂窝移动通信(GSM)系统和宽带码分多址移动通信(WCDMA)系统同频传输实现移动通信系统扩容的新方法。
背景技术
一般的移动台主要由收发信、信号处理、控制和终端接口四大部分组成，如图2所示。其中：
收发信部分，包括天线、发送单元、接收单元、调制解调单元。其中，天线完成对射频信号的收发任务；发送单元是将待发射信号进行功率放大，并与天线进行阻抗匹配，使射频信号高效发射；接收单元与天线进行阻抗匹配，使接收到的信号功率最大限度地馈送给下一级。调制解调单元在频率合成器与压控振荡器(VCO)的配合下，完成对信号的调制解调任务。
信号处理部分，包括发送部分的信号处理和接收部分的信号处理。发送部分的信号处理包括语音编码，在控制器作用下的信道编码、加密、GSM的时分多址(TDMA)帧形成、跳频；接收部分的信号处理包括解调、均衡、信道分离、解密、信道解码、语音解码。其中语音编码单元完成对语音信号的规则脉冲激励长期线性预测编码(RPE-LTP)，语音解码单元的功能与语音编码单元的功能正好相反；信道编码和解码单元地功能是通过一定方式(例如交织等)完成对信号的差错控制编码和解码；加密和解密单元通过加密算法对用户的信息进行加密和解密，保证用户信息的安全性。
控制部分的功能是，对整个移动台进行控制和管理，包括定时、跳频、收发信、基带信号处理、接口等过程和部件的控制。
终端接口，包括人机接口(显示器、键盘、SIM卡)、数字接口(数字终端适配器)、话音模拟接口(A/D、D/A、话筒、扬声器)。其中键盘、显示器是用户拨号、收发信息的部件；SIM卡是用户识别卡，保存有用户的相关信息；A/D、D/A单元完成数字信号与模拟信号的相互转换。
移动台的信号流程过程为：
信号发送(图2的下半部)，通过话筒将声音转换为模拟电信号，A/D单元将该模拟电信号变为数字信号，语音编码单元完成对该数字信号的规则脉冲激励长期线性预测编码(RPE-LTP)，信道编码单元完成对语音编码信号的卷积编码和交织编码，以提高系统的抗干扰能力；通过加密器，对用户信息进行加密处理，保证信息的安全性；在控制器的作用下，形成标准的时分多址(TDMA)帧结构；最后，经过调制和功率放大，通过发射单元和天线将信号发射出去。
信号接收(图2的上半部)，用天线将接收到的射频信号经过接收单元，馈送给解调器；在频率合成器和压控振荡器(VCO)的配合下，解调器完成对信号的解调任务；均衡单元抵消多径时散，信道分离单元用于分离不同信道的信号，通过解密，恢复用户的信息，信道解码完成去交织后，经过语音解码，得到原始数字信号。最后，经过D/A转换，数字信号变为模拟信号，扬声器重现声音。
对通信系统的设计必须要按照统一的标准进行。WCDMA是第三代移动通信系统的标准之一，是在5MHz的频带内直接对信号进行扩频的宽带CDMA系统，它工作于2GHz频段，主要特点是支持高速率多媒体和Internet业务。与第二代移动通信系统相比，它具有更高的频谱效率、更低的电磁辐射和更好的服务质量。
GSM系统是第二代时分多址移动通信系统的典型代表，目前在许多国家运营。在我国，其工作的频段为900MHz。目前，GSM系统的主要业务是通话和收发短信息。为了改善传输性能、提高系统容量，GSM系统采用跳频技术，按照一定方式和速率不断改变载波的频率，以减小衰落和同信道干扰，这一任务由跳频单元完成；时分多址(TDMA)帧形成单元在控制器的作用下完成了帧结构的形成任务。均衡单元抵消多径时散；卷积编码抵抗随机干扰；交织编码抗突发干扰。由于GSM网络的通用无线分组业务(GPRS)系统可以传输分组数据业务，支持无线上网功能，因而很受用户欢迎。随着移动通信多业务的发展和用户数量的增加，扩大系统的容量就成了当前之急需，同时，用户对移动多媒体业务的需求也越来越迫切。这些宽带业务都要求系统必须进一步扩展通信频带。但在频率资源十分紧张的情况下，根据GSM与WCDMA两种体制将长期并存的情况，要通过这两种系统中的任何一个单独系统来实现成倍数的扩容是相当困难的。
发明的技术内容：
本发明的目的是提供一种利用GSM与WCDMA同频传输实现系统扩容的方法，以达到频段共享，共同扩容的目的，从根本上缓解频率资源有限与移动用户急速增加的矛盾。
实现本发明目的的技术方案是采用将GSM与WCDMA两种体制所分配的频段900MHz和2GHz共享，通过增加每个系统的可用通信频带，利用同频传输技术，扩大系统容量。其核心技术是消除GSM对WCDMA系统的干扰，具体方法是：WCDMA系统的信号不变，只对GSM系统进行处理，即在GSM系统的发送端先将GSM信号在发射前进行直接序列扩频，将GSM信号从900MHz频段扩展到900MHz和2GHz，使GSM的多址方式由时分多址(TDMA)转换为混合多址(CDMA/TDMA)方式，以保证在空中传输的GSM信号与WCDMA信号具有相同的多址方式，即都属于码分多址信号；在空中，将混合多址(CDMA/TDMA)信号与WCDMA系统的信号在同频段发射；在GSM系统的接收端，先对接收到的信号进行解扩，变混合多址(CDMA/TDMA)信号为时分多址(TDMA)信号，再进行解调，恢复GSM系统的原始信号。
上述WCDMA与GSM系统的同频传输方法，其中将GSM信号在发射前进行直接序列扩频的过程如下：
①在系统定时信号的控制下，由PN码发生器1产生伪随机序列PN码；
②用该PN码对已调制的GSM信号进行扩频，变窄带的时分多址(TDMA)信号为宽带的混合多址(CDMA/TDMA)信号；
③由发送单元将该宽带的混合多址(CDMA/TDMA)信号送往天线发射，其工作频段和带宽与WCDMA系统相同(是二者原来所分配频段之和，即900MHz和2GHz)。
上述WCDMA与GSM系统的同频传输方法，其中GSM系统的接收端对接收到的信号进行解扩的过程如下：
①由同步检测器从接收信号中检测出码同步信号；
②用该码同步信号控制PN码发生器2，使其产生的PN码与发端的PN码严格同步；
③用该PN码对接收到的信号进行解扩，变宽带的混合多址(CDMA/TDMA)信号为窄带的时分多址(TDMA)信号；
④将该窄带的时分多址(TDMA)信号送往解调器进行解调。
上述WCDMA与GSM系统的同频传输方法，其中在发送端将窄带的时分多址(TDMA)信号，变换为宽的混合多址(CDMA/TDMA)信号，是通过伪随机序列PN码与窄带的时分多址(TDMA)信号进行相乘而得到。
上述WCDMA与GSM系统的同频传输方法，其中在接收端将宽带的混合多址(CDMA/TDMA)信号变换为窄带的时分多址(TDMA)信号，是通过伪随机序列PN码与宽带的混合多址(CDMA/TDMA)信号进行相乘而得到。
上述WCDMA与GSM系统的同频传输方法，其中将混合多址(CDMA/TDMA)信号与WCDMA系统在同频段发射，采用与WCDMA系统完全相同的同步过程，即GSM系统收发两端的同步过程与WCDMA系统完全相同。
上述WCDMA与GSM系统的同频传输方法，其中用于GSM信号扩频的伪随机序列PN码产生方法与WCDMA信号的伪随机序列PN码产生方法相同。
本发明由于采取了将GSM信号扩频后，使其信号与WCDMA信号完全相同，即两系统的工作频段均扩展到包括900MHz和2GHz内的更宽频段，且发射信号功率大小相等，因而避免了同频传输的GSM信号与WCDMA信号间的相互干扰。经过分析计算，采用本发明，在充分考虑到各种干扰后，可使两系统容量至少各提高3倍，使我国移动通信总容量扩大6倍。因此，在频率资源十分紧张的情况下，采用本发明将为移动通信系统容纳更多的用户、支持移动多媒体业务、保证移动通信产业健康和持续发展提供技术支持。
附图说明：
图1是本发明的实施原理图。
图2是现有GSM移动台的信号处理原理图
具体实施方式：
以上过程可通过图1所示的硬件电路来实现。图1略去了与现有GSM移动台的信号处理原理图AB线右边相同的部分。基站的信号处理过程与移动台类似。
参照图1，本发明的GSM系统包括信号发送部分(箭头朝右的部分)和信号接收部分(箭头朝左的部分)。
信号发送部分主要包括PN码发生器器1，乘法器和发送单元。
PN码发生器1，在控制器和定时器的作用下，产生伪随机序列PN码，送往乘法器；
乘法器，将伪随机序列PN码与已调制的窄带的时分多址(TDMA)信号相乘，得到宽带的混合多址(CDMA/TDMA)信号，完成对GSM系统已调时分多址(TDMA)信号的扩频。
发送单元，对混合多址(CDMA/TDMA)信号进行功率放大后，送往天线发射。
信号接收部分包括同步信号检测器，PN码发生器2和乘法器。
同步信号检测器，从接收到的信号中提取码同步信号，用以控制PN码发生器2，使其接收端的PN码与发送端的PN码严格同步；
PN码发生器2，在控制器和同步信号的控制下，产生伪随机序列PN码，送往乘法器，用以对宽带的混合多址(CDMA/TDMA)信号进行解扩；
乘法器，对混合多址(CDMA/TDMA)信号进行解扩，变宽带的混合多址(CDMA/TDMA)信号为窄带的时分多址(TDMA)信号，然后送往解调器进行解调后，再通过图2所示的均衡、信道分离、解密、信道解码、语音解码、D/A转换等常规过程恢复原始语音信号。
经过直接序列扩频后，在空中传输的GSM信号与WCDMA相同，都属于码分多址信号，其收发两端的同步过程与WCDMA系统完全相同。为了避免同频传输的GSM信号与WCDMA信号间的相互干扰，将扩频后的GSM信号的功率与WCDMA信号保持完全相同。另外，用于GSM信号的PN码序列及其产生方法与WCDMA信号相同。
将图1与图2相结合，即在图2的AB线左边连接图1电路，就可实现GSM系统与WCDMA系统的同频传输。此时，在空间传输的GSM信号属于混合多址方式，与WCDMA系统的信号工作频段相同。虽然GSM与WCDMA系统在传输过程中存在同频干扰，由于PN码相互正交，因此通过解扩仍然可得到各自的信号。