用于发射机的调制方法 本发明涉及向无线通信系统的用户分配可利用数据速率的技术，尤其是向固定无线回路，或者所谓的“无线本地回路”系统的用户分配可利用数据速率的技术。
一般现有的无线系统对每个用户使用固定数据速率分配。一旦用户被指定了一个调制方案，即将用户比特映射成符号的构像，用户数据速率就被固定，除非用户被指定了另外的时隙，例如其他的一个或多个时隙。这种系统不能够利用信道质量中的改进，并且受到信道质量降低的损害。
根据本发明地原理，所用的构像映射方案可以根据每个时隙，即从一个时隙到另一个时隙而变化，以便用于编码每个时隙的符号的构像可以对一帧中的每个时隙而不同，并且可以对不同连续帧中的特定时隙而不同。换句话说，可以利用多个构像映射方案，每个方案提供传送每个符号中的不同比特数的能力，并且仅需要为该时隙选择用于任何时隙的特定构像映射方案。使用任何特定构像映射方案的能力依赖于当前的信道质量。
根据本发明的一个方面，用于时隙的用户数据的特定构像映射可以在该时隙的前置码中指示。为此，每个时隙可以具有它自己的利用构像映射方案映射的前置码，该构像映射方案为a)已知的先验，b)可以对所有的时隙都相同，以及c)可以因用于编码时隙中的用户数据的构像映射方案而不同。
根据本发明的另一个方面，接收机可以根据时隙的前置码，确定用户每个时隙的构像映射。
有利的是，通过具有所用的构像映射方案根据每个时隙而改变的能力，用户数据速率可以被快速地改变，即增加或减少，以对应于具有当前信道条件下的最高吞吐量以及用户的规定QoS的数据速率。由于可以被使用的构像映射方案是信道质量的函数，而信道质量随着时间而变化，因此需要监视信道质量以确定对于每个时隙来说，哪个构像映射适用于使用。
在附图中：
图1示出了根据本发明原理设置的示例性可控波束TDMA无线通信系统的原理图；
图2示出了用于图1的可控波束无线通信系统的示例性帧结构；
图3以流程图形式示出了确定用于调制时隙的有效负荷部分以及识别接收的训练序列的调制方案的示例性过程；
图4以流程图形式示出了当各种调制方案可以用于根据每个时隙而调制数据时，由传送数据的发射机所使用的示例性过程。
下文仅描述了本发明的原理。因而应该认识到的是，本领域的技术人员将能够设计出尽管在此没有被明确描述或示出，但体现本发明原理且包含在其精神和范围内的各种结构。此外，这里所引用的所有实例以及条件性语言是仅从原理上表述，目的是帮助阅读者理解本发明的原理以及发明人对现有技术所贡献的创造性的构思，并且不应被看作是对这些具体描述的实例和条件的限制。而且，所有在此描述本发明原理、方面和实施例，以及其中特定实施例的陈述，是用来包含包含它们的结构性和功能性等价物。而且，这些等价物是用来包括当前已知的等价物以及将来研制出的等价物，即任何被研制出的执行相同功能的单元，而不管其结构如何。
因而，例如，本领域的技术人员应该理解的是，这里的方框图代表体现本发明原理的示意性电路的概念性视图。类似地，应该理解的是，任何流程图、流向图、状态转移图、伪码以及类似物表示可以用计算机可读介质的形式实质性地表示，并且由计算机或处理器执行的各种过程，而无论这种计算机或处理器是否被明确示出。
包括标记为“处理器”的功能性方框的示于图中的各个单元的功能，可以通过利用与适当软件相关联的专用硬件以及能够执行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，这些功能可以通过单个专用处理器、单个共享处理器或者多个分离的处理器(这些处理器可以被共享)来提供。而且，显式使用的用语“处理器”或“控制器”不应被看作专指能够执行软件的硬件，并且可以不限制地隐式包括数字信号处理器(DSP)硬件、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及非易失性存储装置。也可以包括其他传统和/或常规的硬件。类似地，任何示于图中的交换仅是概念性的。该功能可以通过程序逻辑的运行，通过专用逻辑，通过程序控制和专用逻辑的交互作用，或者如对上下文具体理解的，可由实施者人工选择特定技术来实现。
在本文的权利要求中，任何表示为用于执行特定功能的装置的单元是用来包含执行该功能的任何方式，例如这些方式包括：a)执行该功能的电路单元的组合，或者b)任何形式的软件，因而包括与适当电路相组合的固件、微代码或类似物，前述电路与执行该软件以完成该功能。由这种权利要求所限定的本发明存在于这样的事实，即由各种所述装置提供的功能被以权利要求所要求的方式组合并且结合在一起。因而申请人应将可以提供这些功能的任何装置看作是本文所示出装置的等价物。
应注意的是，本文所用的信道质量包括来自诸如多径的信道特性的影响；来自其他信号源的干扰，前述信号源诸如相同或其他系统的其他射电源以及宇宙源；诸如接收机自身的热噪声的噪声。
应该注意的是，这里所指的“用户”可以是特定人、特定终端或者它们的特定应用或例示的反映，这取决于实施者。根据这里的描述，本领域的技术人员将能够设计出适应“用户”的这些含义中的任何一种，以及甚至这些含义的任何组合的系统。
图1示出了根据本发明原理设置的示例性可控波束TDMA无线通信系统100。无线通信系统100包括基站天线101，该天线集中地服务远程终端103的103-1到103-N，以及基站天线105，该天线集中地服务远程终端107的107-1到107-N。远端站与特定基站的配对是由实施者根据可以实现远端站-基站对的最佳信号功率以及最小干扰来确定。
在可控波束无线通信系统100中，在远端站位置形成的波束图可以是任意的宽度。波束的特定宽度是天线设计方向性的函数，并且通常它是一个宽波束。一般来说，同一波束图既用于发射又用于接收。例如，尽管可以使用任何角度，但具有30°角的远端站位置上的天线已经被用于本发明的一个实施例中。
基站具有可控制地形成基本上任意宽度的波束图的能力，以便根据情况在宽波束或窄波束上收听及发射。开始时，例如，在呼叫建立期间，基站与远端站之间的通信是通过使基站利用宽波束来实现的。然而，一旦基站与远端站之间的通信信道，即所谓的“业务”信道被建立，基站一般就利用窄波束，当利用窄波束时，在通信发生在基站与远端站之间的时候，基站将波束指向远端站的方向。通信可以在基站与远端站之间同时地双向进行，例如，一个频率用于从基站到远端站的传输，而另一个频率用于从远端站到基站的传输。
图1的可控波束无线通信系统100是一个时分多址(TDMA)系统。这种系统在具有多个时隙的每帧中采用重复的帧结构。图2示出了用于可控波束无线通信系统100的示例性帧结构201。帧结构201的长度为2.5秒，并且它包含从时隙203-1到203-63的64个时隙203。每个时隙203包括数据部分(DP)205以及防护间隔(G)部分107。例如，每个时隙203是2.5/64ms，即39.0625μs。每个防护间隔207为2μs，每个数据部分为37.0625μs。相同的帧结构用于从远端站到基站的上行链路，以及从基站到远端站的下行链路。
更准确地说，每个时隙203被分成多个符号，符号的数量是由实施者根据带宽以及时隙周期来确定。例如，如上面所指出的，39.0625μs时隙周期带有2μs的防护间隔以及37.0625μs数据部分。如果信道宽度为5MHz，并且有用的带宽为3.9936MHz，那么就有148个符号，每个符号的长度大约为250.04ns。
每个符号的比特数，即构像大小，决定在每帧中传送的比特数。根据本发明的一个方面，每个符号的比特数可以根据每个时隙而变化，而与设置在用户数据流的时隙中的数据位置无关，即与分段算法的状态无关，该分段算法将用户数据分成无线电链路分组，以时隙大小为单位进行传输。例如，在本发明的一个实施例中，使用了五个不同的调制方案，即a)四相移相键控(QPSK)，b)8相移相键控(8PSK)，c)16正交振幅调制(16-QAM)，d)32正交振幅调制(32-QAM)，e)64正交振幅调制(64-QAM)。对于带有148个符号的一个时隙来说，这些调制方案分别启动a)296，b)444，c)592，d)740，e)888原始比特的传输。应该注意的是，由于原始比特被用于训练序列、首标、错误检测和/或校正代码以及类似物，一个时隙中用户数据可利用的实际比特通常小于原始比特的数量。
根据本发明的一个方面，所用的调制方案可以根据每个时隙而变化。有利的是，通过改变每时隙所用的调制方案以及用户所用的时隙数，可以根据用户的要求而快速地改变，即快速地增加或减少用户数据速率。
尽管仅改变所用的调制方案非常容易，但是以接收机可以适当地响应于这样一种变化的方式来实现并不容易。因而，根据本发明的原理，一个或多个特定的训练序列被加入每个时隙的前置码中，以用于识别该时隙的剩余部分所用的调制类型，并且用于以高质量的方式执行常规的训练功能，该常规的训练功能诸如定时恢复、载波恢复以及信道均衡。根据本发明的一个方面，相关被用于接收机中，以识别哪个训练序列已经被接收到。
在本发明的一个实施例中，利用二进制移相键控(BPSK)调制方法来调制所有的训练序列，该调制方案实质上是一个最简单的已知调制方案。使用这样一种简单的方案，以便使被适当接收的信息的似然性实现最小。而且，由于用来得到好的性能的训练序列长度是所用调制方案的函数，所以利用第一个符号数，例如13来执行初始确定，关于所用的调制方案是否是QPSK或者其他调制方案中的一个。
如果检测为QPSK，那么除了用于初始确定的符号外，不再需要使用更多的符号，从而这些符号还可用于传递QPSK调制的时隙中的其他有效负荷。这很有好处，因为QPSK具有上面所列的在本实例性实施例中使用的调制方案的最小吞吐量。而且，通过利用到QPSK的初始分离以及其他的调制方案，与如果需要首先分别检测每个调制方案相比，该相关结果将可能更加精确。
如果接收机中的相关器检测到QPSK，则利用QPSK解调方案解调时隙的剩余部分。而且，一旦用于QPSK的特定训练序列被识别出，组成训练序列的样值可以被用于常规的训练，作为当前已知的训练序列的值。
如果接收机中的相关器没有检测到QPSK，那么所用的调制方案很显然是其他的调制方案。而且，该训练序列被识别作为符号的序列，该符号的序列指示不是QPSK而是其他的调制方案正在被使用。一旦这个特定训练序列被识别出，组成“其他”训练序列的样值可以被用于常规的训练，作为当前已知的训练序列的值。然而，该训练优选地是一个缺省值，直到第二个训练序列被确定，前述第二训练序列在同一时隙中，但在第一训练序列之后被传送，并且识别出不是QPSK而是其他的调制方案正在被使用。为此，一旦“其他”训练序列被识别出，利用相关将在该时隙内第二位置上组成第二训练序列的符号，与各个训练序列组中的一个或多个训练序列相比较，该组的每个成员分别将该时隙的调制方案识别为8-PSK，16-QAM，32-QAM或者64-QAM中的一个。对应于其中一个已知训练序列的调制方案被确定为，在解调该时隙的剩余部分时所使用的调制方案，前述已知调制方案与该时隙中第二位置上的符号非常地相关，第二训练序列将在该时隙的第二位置上被发现。而且，一旦特定训练序列被识别出，组成该训练序列的样值以及组成原始的“其他”训练序列的样值可以被用于常规的训练，作为现在已知的整个训练序列的值。
图3以流程图形式示出了在接收机中确定已经被用于调制时隙的有效负荷部分的调制方案的示例性过程。当经过空中接口接收到一个新的时隙时，该过程在步骤301进入。接着，在步骤303，第一组N1个符号被与两个可能的训练序列P1和P2相关。前述第一组N1个符号位于该训练序列所期望的位置上。例如，P1和P2每个可以是13个符号，并且P1指示该时隙的有效负荷被QPSK调制，而P1指示是某个调制方案而不是QPSK被用于该时隙的有效负荷。条件转移点305测试确定在步骤303执行的相关结果是否是这样的，即对应于P1输出大于对应于P2的输出。如果在步骤305中测试结果为“是”，指示接收的训练序列被QPSK调制，则控制转到步骤307，并且该分组被处理是否它被利用QPSK来调制。为此，利用QPSK执行该训练，并且向QPSK数据执行数据解调。接着该过程在步骤327中退出。
如果在步骤307中测试结果为“否”，指示该时隙没有被QPSK调制，则控制转到步骤309，在步骤309，对应于第二训练序列的下一组N2个符号以一个序列的形式与分别对应于8-PSK，16-QAM，32-QAM或者64-QAM的训练序列P3，P4，P5和P6相关。条件转移点311测试确定将N2个符号与P3相关的相关器的输出是否产生了最大的输出。如果在步骤311中测试步骤为“是”，则控制转到步骤313，并且该分组被处理是否它被利用8-PSK所调制。为此，利用对应于P2的N1个符号并结合8-PSK训练序列P3来执行该训练，并且向8-PSK数据执行数据解调。该过程在步骤327中结束。
如果在步骤311中测试步骤为“否”，则控制转到条件转移点315，条件转移点315测试确定将N2个符号与P4相关的相关器的输出是否产生了最大的输出。如果在步骤315中测试步骤为“是”，则控制转到步骤317，并且该分组被处理是否它被利用16-PSK所调制。为此，利用对应于P2的N1个符号并结合16-PSK训练序列P4来执行该训练，并且向16-PSK数据执行数据解调。该过程在步骤327中结束。
如果在步骤315中测试步骤为“否”，则控制转到条件转移点319，条件转移点319测试确定将N2个符号与P5相关的相关器的输出是否产生了最大的输出。如果在步骤319中测试步骤为“是”，则控制转到步骤321，并且该分组被处理是否它被利用32-PSK所调制。为此，利用对应于P2的N1个符号并结合32-PSK训练序列P5来执行该训练，并且向32-PSK数据执行数据解调。该过程在步骤327中结束。
如果在步骤319中测试步骤为“否”，则控制转到条件转移点323，条件转移点323测试确定将N2个符号与P6相关的相关器的输出是否产生了最大的输出。如果在步骤323中测试步骤为“是”，则控制转到步骤325，并且该分组被处理是否它被利用64-PSK所调制。为此，利用对应于P2的N1个符号并结合64-PSK训练序列P6来执行该训练，并且向64-PSK数据执行数据解调。该过程在步骤327中结束。
根据本发明的一个方面，当在步骤309中执行相关时，它还有利地使第一组符号N1与P2再相关，并且把第一组符号N1以及第二组符号N2分别与P3，P4，P5和P6中的相应一个相关的组合结果，作为一个单元用于311，315，319和323。
在本发明的一个实施例中，仅在对于同相(I)以及90°相移(Q)信号的到基带的下行转换被结束之后，本文所要求的相关才被执行，前述同相(I)以及90°相移(Q)信号被在无线电链路上传递。利用被生成以用于对于I和Q其中一个的每个符号周期的新的数值，将I和Q基带信号转换到数字范围。
接着在指示的I和Q符号数与被测试用于例如P1，P2，P3的码字之间执行相关，例如利用码字相关器。每个相关输出被平方，并且这些平方的和被相加。总和被用于要求相关结果的步骤中。
图4以流程图形式示出了当各种调制方案可以用于根据每个时隙而调制数据时，由传送数据的发射机所使用的示例性过程。当准备数据用于在即将到来的时隙中的传输时，该过程在步骤401中进入。接着，在步骤403得到信道质量参数，根据信道质量，在步骤405确定将用于调制该时隙的调制方案。信道质量到调制方案的特定映射由实现者自行决定，因为它是系统需要的函数。本领域的技术人员将能够利用这种映射。
随后，在步骤407中，对应于所选调制方案的适当训练序列被设置在该时隙的前置码中。当利用所选调制方案调制时，在步骤409中得到可以在一帧中配备的数据量，并且在步骤409中被调制。接着该时隙在步骤411中被传送，并且该过程在步骤415中退出。
本领域的技术人员将认识到，尽管可能优选这样做，但不必在每帧的基础上改变调制方案。相反，调制方案可以在已知的间隔上改变，并且只有当允许调制方案改变时，才执行必要的分析。
应该注意的是，如本文所使用的，用语“帧结构”的按语包括有时称其为超帧这样的构思，即尽管其他较小的帧也可以被包含于其中，该帧被定义为由已知的定期重复的时隙所限制的帧。而且，用语“前置码”不应被看作是对在一个时隙中用户数据之前到来的所选调制方案识别的限制，如最常见的情况，但是也可以包括所选调制方案在一个时隙中的用户数据之后到来的情况。