允许编码信道的多用户正交和非正交互用性的方法 【发明背景】
近二十年来，无线通信服务的类型和需求取得了空前的发展。无线声音通信服务，包括蜂窝电话，个人通信服务(PCS)，以及类似的系统在当前几乎无所不在。这类网络的基础设施已经建立到美国、欧洲以及其他不仅有一个，而是有多个服务供应商从中选择的世界工业区的大多数居民点。
不断增长的电子和计算机工业的持续发展促成了对因特网的访问以及对它所提供的大量的服务和性能的需求。这种计算设备的使用的扩大，特别是各种便携式的计算设备，包括便携式的计算机，个人数字助理(PDAs)移动电话手持机，能够上因特网的蜂窝电话以及类似的设备，已经导致了无线数据通道的相应增加。
当蜂窝电话和PCS网络被广泛使用时，这些系统已经不是用于初始的实现数据信息传输的目的了。反而，同因特网通信需要的突发模式的数字通信协议相比而言，这些网络被设计成用来有效地支持连续的模拟信号。同时考虑到对于声音通信来讲，大约3千赫兹(kHz)的通信通道带宽就足够了。然而，它通常被有效的因特网通信所接纳，比如一个数据率至少需要56千比特每秒(kpbs)或者更高的网络浏览。
另外，数据传输的本身特有的特性与声音通信特性有所不同。声音需要一个连续的双工连接，也就是说，连接的一端用户希望能够向另一端的用户连续不断地进行传输以及接受数据，与此同时，另一端的用户也可以连续不断地向这一端的用户进行传输并且接受数据。然而，因特网上的网页地址，一般来讲是定向的字符组。通常地，远程客户计算机用户明确指定了计算机文件的地址，比如该地址在信息网服务器上。这个请求然后被格式化成一个相对短的数据信息，该数据信息的长度通常少于1000个字节。于是在连接的另一端，比如在网络的一个信息网服务器上，响应来自数据文件的请求，该数据文件可能是长度从10千字节到几兆字节的文本，图象，音频，或者视频数据。由于因特网本身固有的延迟，用户通常在被请求的内容被开始传送给它们之前预计至少有几秒或者更多的延迟。那样，一旦内容被传送，在确定下一页被下载之前，用户可以花费几秒甚至几分钟的时间检查，读页的内容。
此外，声音网络被建立以作为支持高流动性使用，也就是说，极大长度用来支持高速信息通道类的迁移率，来维持声音用户的连接，声音用户以高速沿着公共信息通道在蜂窝和PCS网络上传播。然而，通常的便携式计算机用户是相对固定的，比如坐落在一个办公桌上。这样，对于无线声音网络来讲认为是至关重要的信元到信元的高速可迁移率通常对用来维护数据访问来讲并不需要。
发明概述
对现有的无线基础设施的某些组成部分进行更新，使它能够更有效地接受无线数据是有意义的。为具有高数据率而低迁移率的一类新用户而设置的附加功能将与为具有低数据率而高迁移率的用户设置的现有的功能向下兼容。这将允许用户使用相同的频率分配方案，基站天线，建立站点，以及现有的声音网络基础设施的其他方面，来提供新的高速数据服务。
对于这样一个在反向链路上传输数据的网络，在该网络的反向链路上，支持尽可能高的数据率是特别重要的，例如，从远程终端单元到基站。考虑目前的数字蜂窝标准，比如IS-95码分多址(CDMA)，指定了在一个正向链路方向上不同编码序列的使用来保持两个信道间最小干扰。特别是，这样一个系统在正向链路上使用正交编码，该正向链路定义了专用的逻辑信道。然而，这样一个系统的优化操作需要所有这样的编码被准时排列到指定的范围以保持在接受器上正交性。因此，传输必须是同步的。
由于所有的传播起源于同一个地点，换句话说，起源于同一个基地收发信台地点，所以不用对正向链路方向进行特别的关注。然而，当前的，数字蜂窝CDMA标准并不试图使用或者需求在反向链路方向的信道之间的正交性。人们通常认为对起源与位于不同位置和距离基站可能具有不同距离的远程终端单元的进行同步传输是如此困难以至无法实现。相反，这些系统通常地使用带有这种长的伪随机编码的独特转换的跳码水平的扰码来区分的各自的反向链路信道。然而，这种扰码的使用排除了不同用户间相互传输正交性的可能性。
本发明是一个支持在第一组用户成员之间以及第二组用户成员之间通信的系统。第一组用户，可以是一个数字编码分多址(CDMA)蜂窝电话系统的传统用户，它们用一种共同的第一编码来编码它们的传输。这样，通过为每一个用户提供一个专门的编码相位偏移量，第一组用户就可以被唯一地辨别。第二组用户，可以是具有高速数据服务的用户，使用同样的编码和那个编码的相位偏移量之一来编码它们的传输。然而，第二组中的每一个用户进一步用一个附加的编码来编码它们的传输，这附加的编码对于第二组用户中的每一个来讲都是唯一的。这样，允许第二组用户的传输相互之间具有正交性的同时，仍然维持作为第一组一个单一的用户的整体外观。
分配给第一组用户的编码可以是一个共同的跳码速率，伪随机编码。分配给第二组终端的编码通常地可以是一套唯一的正交编码。第一组终端的各自成员可以通过扰码而被区分，这扰码具有一个被选择的较长伪随机噪声序列的唯一的相位偏移量。
在优选的实施方案中，确定的步骤用来保证在第二组用户之间的信令的正确操作，或者称为“心跳”。具体来讲，一个公用的编码信道可以专用作一个同步信道。举例来讲，如果编码方案在一个反向链路方向中被执行，这允许保持第二组终端传输的准确同步。
在另外一个实施方案中，第二组用户可以被分配特定的时间段来传输，并且通过使用时分多址来保持其正交性。另外一点是第二组用户共同作为一个单一用户的形式出现向第一组用户进行传输。
附图的简单描述
作为在附图中被阐述的，本发明的上述的或者其他的对象，特点和优点将从下面对本发明的优选的实施方案的更具体的描述中体现，附图中相似的参考字符参考整个不同示意图中的共同部分。附图没有必要进行具体的刻划，而是将重点放在阐述发明的原理上。
附图1是根据本发明使用两种不同类型的信道编码的系统原理框图。
附图2是用于一个第一类用户的一个信道编码处理过程的一个更具体的示意图。
附图3是用于一个第二类用户的一个信道编码处理过程的一个更具体的示意图。
优化实施方案的详细说明
附图1是一个码分多址(CDMA)通信系统10的原理框图，该系统利用一个信号编码方案，该方案中第一类逻辑信道被分配带有不同编码相位偏移量的专门的长编码，并且第二类逻辑信道通过使用一个公用的编码以及公用的编码偏移量来提供，这第二类逻辑信道与为每个信道使用一个专门的正交编码的一个附加的编码工序相结合。
在下面的一个优选的实施方案的具体描述中，通信系统10被描述成共享信道源是一个无线或者无线电信道。然而，不用说，这儿描述的技术可以用来实现到设想在需求的从动基线上的其它介质的共同访问，这些介质比如是电话连接，计算机网络连接，电缆连接以及其他物理介质。
系统10不但支持第一组用户110的无线通信，而且也支持第二组用户210的无线通信。第一组用户110通常地是蜂窝电话设备的传统用户，比如无线电话听筒113-1，113-2，以及/或者安装在车辆内的可移动蜂窝电话113-h。这种第一组用户110原则上以一个声音模式使用网络，因此它们的通信作为连续传输被编码。在一个优选的实施方案中，这些用户传输通过正向链路40无线电波道和反向链路50无线电波道从用户单元113向前传播。它们的信号被设置在一个中央位置，这包括一个基站天线118，基地收发信台(BTS)120，基站控制器(BSC)123。因此，第一组用户110通常使用移动用户单元113，BTS120，以及BSC123，通过公用开关电话网(PSTN)124来连接电话连接，从而进行声音变换。
由第一组用户使用的正向链路40可以根据众所周知的数字蜂窝标准来编码，这标准例如是由电信工业协会(TIA)规定的在IS-95B中定义的码分多址(CDMA)标准。这个正向链路40不光包括至少一个寻呼信道141以及通信信道142，同样也包括其他逻辑信道144。这些正向链路40的传统信道141，142，144在通过使用正交编码信道的这样一个系统中被定义。这些第一组用户110也依照IS-95B标准在反向链路50上编码它们的传输。它们因此在一个反向链路50方向使用一些逻辑信道，包括一个地址信道151，通信信道152，以及其他逻辑信道154。在反向链路50中，第一组用户110通常对带有使用不同编码相位偏移量的一个公用的长编码的信号进行编码。在反向链路50上为传统用户110信号编码的方式是熟练的专业人员所掌握的。
通信系统10也包括一个第二组用户210。该第二组用户210通常是需要高速无线数据服务的用户。它们系统的组成包括一些远程安放的个人计算机(PC)设备212-1，212-2，212-h，....212-1，相应的远程用户接入单元(SAUs)214-1，214-2，....214-h，....214-1，以及相关的天线216-1，216-2，...216-h，..216-1。安装在中心的设备包括一个基站天线218，以及一个基站信息处理器(BSP)220。BSP向一到一因特网的网关222提供连接，它接着向一个数据网以及连接到网络222的网络文件服务器230提供通道，这数据网络比如是因特网224。
PCs212可以通过双向无线连接向网络服务器230传送数据或者从网络服务器230接收数据，该双向无线连接是在被传统用户110使用的在正向链路40和反向链路50上实现的。不用说，如附图所示的在一点到多点的多址无线通信系统10中，一个给定的基站信息处理器220以与一个蜂窝电话通信网络相似的方式，支持它同一些不同激活的用户接入单元214的通信。
在目前情况下，分配给第一组用户110使用的无线波频率和分配给第二组用户210使用的无线波频率相同。本发明是特别地关注在与第一组用户110产生最小的干扰的同时，如何允许一个不同的编码结构被第二组用户210使用。
PCs212是常用的便携式计算机212-1，移动电话手持机单元212-h，可以上因特网的蜂窝电话或者个人数字助理(PDA)类型的计算设备。PCs212中的每一个通过一个适合的有线连接和各自的SAU214连接，这种连接比如是以太网型连接。
SAU214允许和它联接的PC212通过BSP220，网关222以及网络224同网络文件服务器230相连接。在反向链路方向，也就是说，用于从PC212向服务器230的数据移动通信，PC212向SAU214提供一个因特网协议级数据包。SAU214然后用适合的无线链路成帧和编码压缩有线成帧(换言之，以太网成帧)。相应的格式化的无线数据包于是通过天线216以及218在包含反向链路50的一个无线信道上传播。在中心基站位置，BSP220提取无线链路成桢，以IP形式对数据包重定格式并且通过因特网网关222向前传送。数据包然后通过任何数量以及/或者任何形式的TCP/IP网络比如因特网224，传送到它的最终目的地，最终目的地比如是网络文件服务器230。
数据也可以在一个正向链路40的方向上从网络文件服务器230向PCs212传送。在这个例子中，一个起源于文件服务器230的因特网协议(IP)数据包经过因特网224，通过网关222传播到达BSP220。相关的无线协议成桢和编码然后加入到IP数据包。数据包然后通过天线218以及216向预期接收器的SAU214传送。接受的SAU214对无线数据包格式进行解码，并且将数据包向执行IP层处理的目的地PC212传送。
因此，一个给定的PC212以及文件服务器230可以看成是一个IP层双工连接的端点。一旦一个连接被建立，在PC212上的一个用户于是可以向文件服务器230传送数据并且可以从文件服务器230接受数据。
从第二组用户210的前景来看，反向链路50实际上由一些不同类型的逻辑以及/或者物理无线电信道组成，这些信道包括一个存取信道251，多路通信信道252-1，...252-t以及一个维持信道53。反向链路上的存取信道251被SAUs240使用来向BSP220发送信息，请求被它们确认的通信信道。指定的通信信道252然后从SAU214向BSP220传送有效的负荷数据。不用说，一个给定的IP层连接实际上可以由一个以上通信信道252分配给它。另外，一个维持通道253可以在反向链路50上传播同步或者电源控制之类的信息来进一步支持信息传输。
同样地，第二组用户可以有一个正向链路40，它包括一个寻呼信道241，多路通信信道242-1....242-1.....242-t，以及维护通道243。被BSP220使用的寻呼信道241，不仅用来通知SAU214正向链路通信信道252已经被分配给它，而且来通知SAU214反向链路上的通信信道252已经被分配给它。在正向链路40上的通信信道242-1，...242-t然后用来从BSP220向SAUs214传送有效负荷数据信息。另外，维护通道243在正向链路40上从基站信息处理器220向SAUs214传送同步以及电源控制信息。不用说，这儿通常有比寻呼信道241或者维护信道243有更多的通信信道241。在优选的实施方案中，逻辑正向链路通道241，242，以及243和252，251，以及253通过给每个通道分配一个伪随机噪音(PN)信道编码而被定义。系统10因此是一个所谓的码分多址(CDMA)系统，该系统的多路编码信道可以使用相同的无线波频率信道。逻辑或者编码信道也可以在多路激活SAUs214中进一步被划分或者分配。
信号处理操作序列通常被实施来编码反向链路50中各自的逻辑信道51，52，以及53。在反向链路方向上，发射机是SAUs214中的一个以及接收器是基站信息处理器(BSP)220。本发明的优选的实施方案在这样一个环境中实施，该环境中一个CDMA数字蜂窝电话系统的传统用户可以出现在反向链路50上，该系统的用户例如是依照IS-95B标准的一个操作。在一个IS-95B系统中，反向链路CDMA信道信号通过分配非正交的伪随机噪音(PN)编码而被定义。
现在把注意力转向附图2，第一组传统用户110的信道编码处理过程将做更具体的描述。举例来讲，第一类用户，包括数字CDMA蜂窝电话系统的用户，根据以上提及的IS-95B标准编码信号。各自的信道通过对输入数字化的声音信号调制而被识别，该声音信号是通过每个信道的伪随机噪音(PN)编码序列来输入的。具体来讲，信道编码处理作用一个输入数字信号302，该信号代表将要被传输的信息。一个正交调制器304向一对乘法器306-i以及306-q提供一个同相(i)以及正交(q)信号通路。一个短伪随机噪音(PN)编码发生器305提供一个用于扩频目的的短(在这里是2
15-1或者32767位)长度编码。这短编码为此通常同作为第一组用户110的每个逻辑信道的编码相同。
编码调制的第二个步骤是通过将附加的长PN编码乘到两个信号路径上，施加于(i)以及(q)信号路径上。这是通过长编码发生器307以及长编码乘法器308-i和308-q来实现。长编码用来分别识别在反向链路50上的每个用户。这样的长编码可以是一个非常长的编码，举例来讲，仅仅每2
42位重复一次。这样的长编码应用于短片码速率，举例来讲，长编码中的一位通过短编码的调制处理来产生每位输出，以便不会发生进一步扩频。
各个用户通过向每个用户运用不同的PN长编码相位偏移量而被识别。
不用说，第一组用户110不需要采用其他的同步步骤。具体地讲，在反向链路50上的这些传输被设计成同步，所以他们之间不必要是完全的正交。
附图3是一个第二用户210信道编码处理过程的更详细的示意图。第二组用户210，举例来讲，包括依据一个用来数据传输的优化格式来编码信号的无线数据用户。
各个通道通过由一个伪随机噪音(PN)编码序列调制输入数据而被识别，该编码序列和用于第一组用户110的编码序列相同。然而，立即作为愿望被理解，在第二组210中的信道通过象Walsh编码这样特定的正交编码而被识别。具体来讲，第二组用户210信道编码的处理作用一个输入数字信号402并且使用通过一个短编码发生器405，Walsh编码发生器413，以及长编码发生器407产生的一些编码。
作为第一步，一个正交调制器404向第一对乘法器406-i以及406-q提供一个同相(i)以及正交(q)信号路径。短的伪随机噪音(PN)编码发生器405提供一个短的、在这里，即一个长度为2
15的用于扩频目的编码。这个短编码为此和用于第一组用户110中的每个信道的短PN编码是相同的。
在处理过程中的第二步是来通过Walsh编码发生器413产生的一个正交编码。这是通过在每个同相和反向信号路径上加压正交编码的乘法器412-i以及412-q来实现的。分配给每个逻辑信道的正交编码是不同的，并且这些不同的正交编码分别识别相应的信道。
在处理过程的最后一步，一个第二伪随机噪音(PN)长编码运用在(i)以及(q)信号路径上。这样，长编码发生器407将长编码提交给同相408-i以及正交408-q乘法器中的各自之一。这个长编码没有分别识别第二组210中的每个用户。具体来讲，这个长编码可以是用在第一组中来分别识别他们的第一组用户110的十分相同的长编码之一。这样，举例来讲，它作为和一个短片码率相同的方式使用，以便长编码中的一位用来通过短编码调制处理产生的每一位的输出。在这种方式中，在第二组210中的所有用户作为第一组110的单独的传统用户出现。然而，第二组210的用户可以被唯一地识别出它们已经被分配了各自的正交Walsh编码的给定。
作为在一个反向链路50上的优选的实施方案的实现，为了维持在第二组210中不同用户之间的正交性，附加的信息必须被提供。具体来讲，一个维护信道243为此被包括在正向链路40中。这个维护或者“中心”信道提供同步信息以及/或者其它实时信号以便远程单元214可以大致同步它们的传输。维护信道可以是有时隙的。这种正向链路维护信道243格式的更多细节可以参考一个共悬待决的U.S.专利申请，其序列号为No.09/775,305，标题为“使用激活/静态请求信道的维护连接”，申请日为2001年2月1日，该文献的全部内容都通过在此引证而合并于本文。
不用说，某一基础设施因而不仅可以被第二组用户210而且可以被第一组用户110共享。举例来讲，天线218以及118虽然在附图1中显示为一个分离的基站天线，但它的确可以作为一个共享天线。同样地，天线的安装因此可以是相同的。这允许第二组用户210来共享被传统用户110在使用和在安置的设备以及外在的物理位置。这大大地简化了用于这个新组用户210的无线基础设施的部署，举例来讲，新的场所以及新的天线地点不需要被在外建立。