无线通信系统的同步导频基准发射 【发明背景】
I.发明领域
本发明涉及数据通信。尤其，本发明涉及用于无线通信系统的新颖和改进的导频基准发射方案
II.相关技术的描述
在无线通信系统中，通常将导频基准从发射源发射到接收装置，帮助接收装置执行多种功能。导频基准通常是用已知方式处理(如覆盖和扩展)的预定数据模式。在接收装置处导频基准可用于估计发射链路质量，相干解调接收到的发射，并执行其它功能。
诸如码分多址(CDMA)系统或时分多址(TDMA)系统(如全球移动通信系统(GSM)系统)的无线通信系统通常包括向多个远程终端发射的多个基站。每个基站被设计成覆盖特定覆盖区域，并向其覆盖区域中地远程终端发射。对于相邻基站在相同频带上发射以改进频谱效率的系统，如许多基于CDMA的系统，每个基站的发射会成为相邻基站发射的干扰，并由于多路径成为其本身发射的干扰。该干扰使远程终端接收到的发射质量降级，包括导频发射。
对于传统的IS-95 CDMA系统，在专用导频信道上以特定(相对较低)的发射功率电平连续发射导频基准。远程终端接收并处理前向链路信号以分离导频信道，并进一步处理导频信道以恢复导频基准。来自其它发射的干扰会影响接收导频基准的质量。当例如由于多路径使导频信道和用于数据发射的话务信道之间的正交性丧失时，该干扰更严重。
用于IS-95 CDMA系统的导频基准发射方案适用于话音通信，因为数据速率较低，它允许远程终端用较多的时间处理导频基准。然而，对于要求在短期内精确估计链路状态的高速数据发射系统，该连续低级导频基准不适用。
可以看出，非常需要一种能为远程终端提供高质量导频基准并允许远程终端快速精确估计链路状态的导频基准发射方案。
【发明内容】
本发明提供了具有优于传统方案的各种优点且适用于高数据速率无线通信系统的新颖和改进的导频基准发射方案。根据本发明的一方面，为了使导频间隔期间相邻发射源(如接入点或基站)发射的干扰量最大，从而使数据间隔期间来自非发射源的干扰量最小，以预定的时间间隔用脉冲发射导频基准，且来自接入点的导频脉冲是同步的。以相同的预定时间间隔从接入点发射导频脉冲将产生来自非发射相邻接入点的最大干扰影响，便于可靠地估计最坏情况C/I，并允许接收装置(如接入终端或远程终端)更容易地识别出作为导频基准的脉冲。
根据本发明的另一方面，每个接入点以最大发射功率电平或接近于该功率电平发射导频脉冲，如果这样，且在导频脉冲期间不发射用户专用数据。结果，接入终端只在其它接入点的导频面前接收导频脉冲，且导频脉冲不受其它数据发射的影响。用这种导频基准发射方案，接入终端不需要减去数据发射的影响，因为在导频脉冲期间这些不会发生。这产生导频基准的信噪比，它表示给定接入点的数据发射期间最小的信噪比。这有助于快速可靠地估计最坏情况的载波干扰比(C/I)。
本发明的特定实施例提供了从多个发射源(如接入点或基站)发射导频基准的方法。根据该方法，在每个发射源处接收一个或多个表示通信系统时间基准的信号。时间基准可以来自全球定位系统(GPS)卫星星座。在每个发射源处(以以下所述方式)产生并发射导频基准的导频脉冲。来自发射源的导频脉冲与系统时间基准同步，并且在发射时对准时间。
可以以预定的时间间隔产生并发射导频脉冲。为了使来自数据发射的干扰最小，可以以发射源的最大发射功率电平或接近于该功率电平发射导频脉冲，且没有任何数据发射。
以下将详细描述本发明的其它方面、实施例和特征。
【附图说明】
从以下详细描述中，通过结合附图，本发明的特征、性质和优点将更加明显，附图中相同的标号全部作相应的标识，其中：
图1是支持多个用户并发射导频基准的无线通信系统图；
图2A是根据本发明实施例的导频基准发射方案图；
图2B和2C分别是接入点发射的有效时间段格式和无效时间段格式的实施例图；
图2D是HDR系统定义的且可用于实现本发明导频基准发射方案的时间段格式图；
图3是通信系统实施例的框图，它是图1所示系统的特殊实施且可以实现本发明的导频基准发射方案；
图4是接入点的特殊实施例的简化框图；
图5是接入终端的特殊实施例的简化框图。
特殊实施例的详细描述
图1是支持多个用户并发射导频基准的无线通信系统100的图。系统100为多个小区102a到102g提供通信，对应的接入点104(它也可以称为基站)为每个小区102提供服务。各种接入终端106(它也可以称为远程终端或移动站)分散在系统中。
在一个实施例中，每个接入终端106可以在任何给定时刻通过前向链路与一个接入点104通信，并可以根据接入终端是否软越区切换通过反向链路与一个或多个接入点通信。前向链路(也就是下行链路)是指从接入点向接入终端发射，而反向链路(也就是上行链路)是指从接入终端向接入点发射。可以将系统100设计成遵循特定CDMA标准或设计，如上述美国专利申请序号08/963,386中所述的高数据速率(HDR)设计。
在图1中，带有箭头的实线表示从接入点向接入终端的用户专用数据(或简称为“数据”)发射。带有箭头的虚线表示接入终端接收来自接入点的导频基准和其它信令(统称为“导频”)，但没有用户专用数据。如图1所示，接入点104a通过前向链路将数据发射到接入终端106a，接入点104b将数据发射到接入终端106b，基站104c将数据发射到接入终端106c等等。为了简化，图1中未示出上行链路通信。
如上所述，接入点发射的导频基准可用于多种功能。对于HDR系统，导频基准可用于估计链路状态并确定具有到接入终端最佳链路的特定接入点。导频基准还可用于确定最佳链路支持的最高数据速率。对于HDR系统，允许接入终端快速精确估计导频基准质量的导频基准发射方案非常有利，并可以提供改进的系统性能。
如图1所示，接入终端可以接收多个接入点的发射。例如，接入终端106b可以同时接收接入点104b发射的数据和导频以及接入点104a和104d发射的导频。对于基于CDMA的系统，如HDR系统，在相同频带上发生相邻接入点的发射。因此，每个接入点的每个发射成为该接入点和相邻接入点的其它发射的干扰。
根据本发明的一方面，为了精确地估计相邻接入点发射的最大干扰量，以预定的时间间隔用脉冲发射导频基准，且接入点的导频脉冲是同步的。以相同的预定时间间隔从接入点发射导频脉冲将产生来自非发射相邻接入点的最大干扰影响，便于可靠地估计最坏情况载波干扰比(C/I)。以预定时间间隔发射导频脉冲还允许接入终端更容易地识别出作为导频基准的脉冲。
根据本发明的另一方面，每个接入点以最大发射功率电平或接近于该功率电平发射导频脉冲，如果这样，且在导频脉冲期间不发射用户专用数据。结果，接入终端只在其它接入点的导频面前接收导频脉冲，且导频脉冲不受其它数据发射的影响。用这种导频基准发射方案，接入终端不需要减去数据发射的影响，因为在导频脉冲期间这些不会发生，这对于传统IS-95 CDMA系统一般是真实的。这产生给定导频信号强度的精确估计，以及其它基站的最大干扰功率，这有助于可靠地估计最坏情况C/I。
每个接入终端处理来自接入点的导频基准，并根据接收到的导频脉冲确定到这些接入点的链路状态。对于HDR系统，接入终端根据接收到的导频基准确定具有最佳信号质量的接入点，并进一步确定最佳接入点支持的最高数据速率。然后，接入终端请求最佳接入点以支持的最高数据速率发射数据。
图2A是根据本发明实施例的导频基准发射方案图。图2A示出了从多个接入点发射导频基准。在该实施例中，以预定时间间隔(TINT)用特定宽度(W)的脉冲发射导频基准。如图2A所示，接入点的定时是同步的，使得在发射时使导频脉冲大致对准。在该发射方案中，在接入终端处在时间大致相同的情况下可以接收来自接入点的导频基准，其中接入点之间的定时偏移是由于发射延迟的不同和其它因素引起的。
因此，如图2A所示，来自相邻接入点的导频脉冲可以以预定的时间间隔发射并同步，以减小来自数据发射的干扰量。用以下将更详细描述的方式可以实现相邻接入点导频发射的同步。
在一个实施例中，通过用具有不同偏移的伪随机序列扩展每个接入点的导频数据，可以相互区分出来自相邻接入点的导频基准(这在HDR系统中实现)。
在接入终端处，通过用与接入点处执行方式互补的方式处理接收信号，可以恢复来自被选接入点的导频基准。接入终端处的处理可以包括：(1)使接收到的样本与被恢复导频基准的导频数据模式关联，(2)用被选接入点处导频所用相同的正交码将样本去覆盖，(3)用相同时间偏移处相同的PN序列将样本去扩展，或者是它们的组合。该互补处理恢复了被选接入点的导频基准，并去除了其它接入点的导频基准。通常，在互补处理之后只留下少量的残余非期望导频基准，这一般是由于例如多路径引起的通信链路中的正交性损耗引起的。
图2B是从接入点发射的的时间段格式的实施例图，它支持本发明的导频基准发射方案。该时间段格式能有利地用于HDR系统。其它时间段格式也可以使用并在本发明的范围内。
如图2B所示，接入点的发射被分成时间段，每个时间段对应于特定的时间间隔并包括特定数目的码片。对于HDR系统，每个时间段的持续时间是1.67毫秒，包括2048码片。在图2B所示的特殊实施例中，每个时间段包括两个导频脉冲，每半个时间段中有一个导频脉冲，每个导频脉冲位于其所属半个时间段的中心。在一个实施例中，在发射导频脉冲期间不发射用户专用数据和其它信令。用户专用数据和其它信令可以在时间段中导频脉冲未占用的剩余时间间隔中发射。
图2B进一步示出了在所示时期中所有时间段的用户专用数据的有效发射。如图2B所示，以接入点的最大发射功率电平或接近于该功率电平发射导频脉冲。该高功率电平允许接入终端快速精确地估计来自接入点的导频基准的质量。
图2C是接入点的发射图，其中一些时间段是无效的(即不发射用户专用数据)。如果小区中没有数据发射到任何接入终端，可产生无效时间段。在图2C所示的实施例中，每个无效时间段仍然发射导频脉冲，使得接入终端可以连续估计链路状态，之后若需要数据发射，则可请求最佳服务接入点(也就是具有最佳链路的接入点)发射。如图2C所示，以(或接近于)接入点的最大发射功率电平、以相同的预定时间间隔发射无效时间段的导频脉冲，就象有效时间段一样。
图2D是HDR系统定义的可用于实现本发明导频基准发射方案的时间段格式图。在图2D所示的特殊实施例中，每个有效时间段被分成两个半个时间段，每半个时间段包括被导频脉冲214分离的两个数据段212。数据段212可用于发射用户专用数据和信令，导频脉冲214可用于发射导频基准。
第一(即左)半个时间段包括被导频脉冲214a分离的数据段212a和212b，第二(即右)半个时间段包括被导频脉冲214b分离的数据段212c和212d。根据各种因素，如每个脉冲中期望发射的能量值、接入点的最大发射功率电平、期望接收到的导频脉冲质量、期望的最坏情况链路条件、分配给导频基准的开销量等等，可以选择每个导频脉冲的宽度。对于特定的最大发射功率电平，较宽的导频脉冲对应于较高的接收导频基准质量，但开销较大。在特殊实施例中(HDR系统中实现的)，每个导频脉冲包括特定数据模式(如全零(“0”)数据)的96个码片。
在图2D所示的实施例中，第二半个数据段还包括位于导频脉冲214b两侧用于实现信令信道的两个信令脉冲216a和216b。例如，信令信道在时间段有效时可用于发射反向功率控制(RPC)信息，在时间段无效时可用于发射媒体访问控制(MAC)信息。RPC信息可用于引导接入终端调高或调低其发射功率，以达到接收接入点处的期望信号质量。
如图2D下半部分所示，每个无效时间段也被分成两个半个时间段，每半个时间段也包括一个相同宽度(如96码片)的导频脉冲214，该导频脉冲位于半个时间段中与有效时间段相同的位置。因此，本质上无法区分无效时间段的导频脉冲和有效时间段的导频脉冲。
在图2D所示的实施例中，两个边缘218a和218b位于无效时间段第一半个时间段中导频脉冲214a的两侧，两个信令脉冲220a和220b位于第二半个时间段中导频脉冲214b的两侧。边缘218a和218b可以包括导频数据或其它数据(如伪随机数据)，并可用于提供无发射和导频发射之间以及从导频发射到无发射的转换周期。该转换周期允许导频基准达到或接近于导频脉冲期间(如96码片)的稳态值。如果MAC信道或某些其它信道总是在导频脉冲周围发射(用与导频相同的功率)，那么无效边缘是不必要的。
根据在发射之前用于过滤数据和导频的(模拟或数字)滤波器的全部阶跃响应，可以选择每个边缘218的宽度。在图2D所示的实施例中，每个边缘的持续时间是64码片。如果导频基准需要附加时间达到其稳态值，那么边缘218可以加宽，附加的边缘也可以位于第二半个时间段的信令脉冲220a和220b周围。
图3是通信系统100a的实施例的框图，它是图1系统100的特殊实施并支持本发明的导频基准发射方案。如图3所示，多个接入点104与多个路由器130耦合并通信。每个接入点104通过高速通信链路(如T1/E1、以太网或某些其它链路)耦合到一个或多个路由器130。为了提供冗余并改进可靠性，每个接入点120可以耦合到两个或多个路由器130，每个路由器130可以并行地与另一路由器耦合。每个路由器引导其连接的接入点和其它网络单元和它连接的网络(如因特网)之间的话务。路由器130还耦合到(如以太网上的IP)网络134，网络134再耦合到调制解调器组合控制器140和多个服务器150。
调制解调器组合控制器140提供类似于IS-41网络中基站控制器(BSC)和访问位置寄存器(VLR)的功能性，并支持一个或多个接入点104。调制解调器组合控制器140终止包含用户话务的无线电链路协议(RLP)，当用户在系统中移动时控制每个连接用户的空中链路连接，传送接入终端专用消息，并提供MAC功能，如反向链路外部回路功率控制同步。
调制解调器组合控制器140还执行传统BSC通常执行的多种会话功能，如会话控制、连接控制、选择功能和协议堆栈维持。在一个实施例中，对于接入终端和系统100a之间的特定会话，只有一个(即“锚”)调制解调器组合控制器140具有任何特定时刻的会话控制。
服务器150支持系统100a的操作，例如包括操作管理、维护和供应(OAM&P)服务器150，用于构造和管理系统100a，域名系统(DNS)服务器150b，用于将域名翻译成IP地址，和动态主机结构协议(DHCP)服务器150c，用于将IP地址分配给有需要的接入终端。
系统100a中的单元在上述美国专利申请序号09/575,073中有更详细的描述。
接入点
图4是接入点104x的特殊实施例的框图，它是图1中接入点中的一个。在该实施例中，接入点104x包括耦合到多个RF收发机模块420和GPS接收机430的主单元410。
主单元410包括网络接口412，控制器416和多个调制解调器组合收发机(MPT)418(图4中显示了三个MPT)。每个MPT418执行数据处理并支持各个扇区。在前向通路中，MPT418通过网络接口412接收来自回程链路的(如IP)分组，并处理分组以产生适于发射的调制RF信号。每个MPT418还耦合到各个RF收发机模块420，RF收发机模块420调节RF信号并与关联的天线连接。网络接口412提供协议并通过外部网络(如图3的路由器130)传送到接入点104x的接口。控制器416执行无线电链路控制器的功能，例如呼叫处理、选择处理等等。
每个MPT418还可以被设计成产生接入点104x的导频基准。对于多个基于CDMA的系统，通常根据特定导频数据模式(如IS-95和HDR系统的全零“0”序列)产生接入点的导频基准。然后，用分配给导频的特定正交码覆盖导频数据(如IS-95和HDR系统的零“0”沃尔什覆盖)。然后，用分配给接入点的特定PN序列扩展已覆盖的数据(如果使用全零的导频数据序列和零沃尔什覆盖，它组成全零序列)。
如图4所示，接入点104x还包括GPS接收机430，它提供与全球定位系统(GPS)卫星星座的同步。GPS接收机430接收来自GPS卫星星座的一个或多个信号，并处理接收到的信号以恢复GPS卫星星座的定时信息。然后，恢复的定时信息被提供给控制器416并用于使接入点104x的内部时钟与GPS卫星星座的定时同步。用本领域中熟知的方式可实现该定时同步。
使用GPS卫星星座提供定时信息，通信系统中所有接入点的时间基准可以来自单个公共源，并与之同步。通过使每个接入点的定时与GPS卫星星座定时同步，相邻接入点可以是同步的，它们的导频脉冲可以对准。
在丧失了与GPS卫星星座的同步的情况下，接入点104x可以“自由运转”并在特定时期内(如六小时或更多)保持与其它接入点同步。通过接收调制解调器组合控制器的定时信号，通过在接入点处保持非常精确的时间基准，通过其它机构，或它们的组合，可以实现该同步。
接入点104x中的单元在上述美国专利申请序号09/575,073中有更详细的描述。
接入终端
图5是接入终端106x特殊实施例的简化框图。接入终端106x可以是蜂窝电话、数据收发机单元或某些其它装置或模块。接入终端106x包括顺序连接的一个或多个天线510、RF模块520、调制解调器模块530、处理器核心540和接口单元550。处理器核心还耦合到状态指示器560。
在实施例中，RF模块520包括能独立处理两个接收信号的两个接收链和处理反向链路信号的一个发射链。两个独立接收链允许接入终端106x有利地接收前向链路中组合的分集。每个接收链分别耦合到提供一个接收信号的天线。发射链与一个接收链共用天线。
调制解调器模块530处理前向和反向链路上的信号。在前向链路上，调制解调器模块530接收来自RF模块520的两个独立信号，并通过处理器核心540的帮助对接收信号解调和解码，并将解码的数据发送到处理器核心540，用于进一步处理。
调制解调器530还处理接收信号，以恢复接入点的导频基准。调制解调器模块530通常将接收信号数字化，以产生样本。为了恢复被选接入点的导频基准，用与被选接入点关联的特定偏移的PN序列对样本去扩展，以分离被选接入点的导频基准，并去除其它接入点的导频基准。然后用被选接入点处所用的正交覆盖对去扩展的样本去覆盖，并使样本与被选接入点处所用的导频数据模式关联。如果导频数据是全零序列，正交覆盖是零，则通过累加每个导频脉冲宽度上的去扩展样本可以获得导频基准。基于CDMA的系统中的导频处理在题为“MOBILEDEMODULATOR ARCHITECTURE FOR A SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESSCOMMUNICATION SYSTEM”美国专利号5,764,687中有更详细的描述，该专利转让给了本发明的受让人，并通过引用结合于此。
处理器核心540执行呼叫处理、调制解调器初始化、和监控功能，并进一步执行接入终端106x的数据处理和管理功能。接口单元550提供接入终端106x和外围设备(如计算机)的互连。状态指示器560提供接入终端106x的工作状态和情况的指示。
接入终端106x中的单元在上述美国专利申请序号09/575,073中有更详细的描述。
接入点和接入终端中的单元可以用各种方式实现。例如，这些单元可以用一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、微控制器、微处理器、能执行这里所述功能的其它电子电路、或它们的组合实现。此外，这里所述的某些功能可以用通用处理器或专用处理器实现，这些处理器执行实现这里所述功能的指令代码。因此，这里所述接入点和接入终端中的单元可以用硬件、软件或它们的组合实现。
提供了较佳实施例的以上描述，使本领域熟练的技术人员能够制造或所用本发明。这些实施例的各种改变对业内是技术人员是显而易见的，这里定义的一般原理无需创造性才能就可用于其它实施例。因此，本发明不限于这里所示的实施例，而是根据与这里所揭示原理和新颖特征一致的最广范围。