无线通信系统中的编码合并软切换.pdf

本发明涉及一种在无线通信系统中发送信号的方法。该方法包括以下步骤：使用第一turbo编码打孔模式对数据流进行信道编码；以及使用第二turbo编码打孔模式对所述数据流进行信道编码。优选的是，所述第一turbo编码打孔模式是第一本地运营商设施(LOI)的turbo编码打孔模式，而所述第二turbo编码打孔模式是与所述第一LOI相邻的第二LOI的turbo编码打孔模式。

权利要求书
1.  一种在无线通信系统中发送信号的方法，该方法包括以下步骤：
使用第一turbo编码打孔模式对数据流进行信道编码；以及
使用第二turbo编码打孔模式对所述数据流进行信道编码，
其中，所述第一turbo编码打孔模式是第一本地运营商设施(LOI)的turbo编码打孔模式，而所述第二turbo编码打孔模式是与所述第一LOI相邻的第二LOI的turbo编码打孔模式。

2.  根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
将所述数据流区分为至少第一层数据流和第二层数据流；
使用所述第一turbo编码打孔模式和所述第二turbo编码打孔模式对所述第一层数据流进行信道编码；以及
使用所述第一turbo编码打孔模式和所述第二turbo编码打孔模式对所述第二层数据流进行信道编码。

3.  根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一层是增强层而所述第二层是基础层。

4.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一LOI和所述第二LOI在相同的时间和相同的逻辑信道广播相同的数据流。

5.  根据权利要求2所述的方法，该方法还包括以下步骤：经由所述第一LOI发送使用所述第一turbo编码打孔模式进行了信道编码的所述第一层数据流和所述第二层数据流。

6.  根据权利要求2所述的方法，该方法还包括以下步骤：经由所述第二LOI发送使用所述第二turbo编码打孔模式进行了信道编码的所述第一层数据流和所述第二层数据流。

7.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据流包括流描述消息，所述流描述消息包括发送模式扩展字段。

8.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据流与包括发送模式扩展字段的流描述消息一起发送。

9.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据流包括系统参数消息，所述系统参数消息包括控制信道发送模式扩展字段。

10.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据流与包括控制信道发送模式扩展字段的系统参数消息一起发送。

11.  根据权利要求1所述的方法，其中，发送所述数据流的发送模式包括：
16-QAM调制且turbo码率为1/3；
QPSK调制且turbo码率为1/5；
能量比为4的分层调制且turbo码率为1/3；以及
能量比为6.25的分层调制且turbo码率为1/3。

12.  根据权利要求1所述的方法，其中，发送所述数据流的与第二turbo编码打孔模式相关的发送模式包括：
QPSK调制且turbo码率为1/3；
QPSK调制且turbo码率为1/2；
16-QAM调制且turbo码率为1/3；
16-QAM调制且turbo码率为1/2；
16-QAM调制且turbo码率为2/3；
QPSK调制且turbo码率为1/5；
能量比为4的分层调制且turbo码率为1/3；
能量比为4的分层调制且turbo码率为1/2；
能量比为4的分层调制且turbo码率为2/3；
能量比为6.25的分层调制且turbo码率为1/3；
能量比为6.25的分层调制且turbo码率为1/2；以及
能量比为6.25的分层调制且turbo码率为2/3。

13.  一种在无线通信系统中发送信号的系统，该系统包括：
第一本地运营商设施(LOI)，其使用第一turbo编码打孔模式对数据流进行信道编码；以及
与所述第一LOI相邻的第二LOI，该第二LOI使用第二turbo编码打孔模式对所述数据流进行信道编码。

14.  根据权利要求13所述的系统，该系统还包括：
控制器，其将所述数据流区分成至少第一层数据流和第二层数据流，
其中，使用所述第一turbo编码打孔模式和所述第二turbo编码打孔模式对所述第一层数据流进行信道编码，并使用所述第一turbo编码打孔模式和所述第二turbo编码打孔模式对所述第二层数据流进行信道编码。

15.  根据权利要求14所述的系统，其中，所述第一层是增强层而所述第二层是基础层。

16.  根据权利要求13所述的系统，其中，所述第一LOI和所述第二LOI在相同的时间和相同的逻辑信道广播相同的数据流。

17.  根据权利要求14所述的系统，其中，所述第一LOI发送使用所述第一turbo编码打孔模式进行了信道编码的所述第一层数据流和所述第二层数据流。

18.  根据权利要求14所述的系统，其中，所述第二LOI发送使用所述第二turbo编码打孔模式进行了信道编码的所述第一层数据流和所述第二层数据流。

19.  根据权利要求13所述的系统，其中，所述数据流包括流描述消息，所述流描述消息包括发送模式扩展字段。

20.  根据权利要求13所述的系统，其中，所述数据流与包括发送模式扩展字段的流描述消息一起发送。

21.  根据权利要求13所述的系统，其中，所述数据流包括系统参数消息，所述系统参数消息包括控制信道发送模式扩展字段。

22.  根据权利要求13所述的系统，其中，所述数据流与包括控制信道发送模式扩展字段的系统参数消息一起发送。

23.  根据权利要求13所述的系统，其中，发送所述数据流的发送模式包括：
16-QAM调制且turbo码率为1/3；
QPSK调制且turbo码率为1/5；
能量比为4的分层调制且turbo码率为1/3；以及
能量比为6.25的分层调制且turbo码率为1/3。

24.  根据权利要求13所述的系统，其中，发送所述数据流的与第二turbo编码打孔模式相关的发送模式包括：
QPSK调制且turbo码率为1/3；
QPSK调制且turbo码率为1/2；
16-QAM调制且turbo码率为1/3；
16-QAM调制且turbo码率为1/2；
16-QAM调制且turbo码率为2/3；
QPSK调制且turbo码率为1/5；
能量比为4的分层调制且turbo码率为1/3；
能量比为4的分层调制且turbo码率为1/2；
能量比为4的分层调制且turbo码率为2/3；
能量比为6.25的分层调制且turbo码率为1/3；
能量比为6.25的分层调制且turbo码率为1/2；以及
能量比为6.25的分层调制且turbo码率为2/3。

说明书无线通信系统中的编码合并软切换
技术领域
本发明涉及一种无线通信系统中的编码合并软切换(CCSH，codecombining soft handoff)方法。
背景技术
在移动通信中，切换是当移动终端从一个小区移动到另一个小区时发生的当前业务信道的自动转换。这种切换一般地分为硬切换和软切换。硬切换在打开新的业务信道之前先断开现有的通信信道，而软切换首先连接新的信道然后再断开现有信道。
换言之，对于硬切换过程而言，当移动通信终端(即，移动台)从一个基站向另一个基站移动时，释放与现有基站相连的信道，然后连接新基站的新的信道。对于作为小区之间的切换的软切换过程而言，当使用中的移动通信终端(即，移动台)接近了具有相同频率的另一小区区域时，该移动终端进行检测并向当前小区通知新小区的导频信号的信号强度足够的高。新小区接着为该移动终端打开与新基站的业务信道。这时，该移动通信终端通过业务信道同时与两个小区保持通信。
随着移动终端接近新的小区，之前的小区的信号变得较弱。如果之前的信号的强度低于预定程度，则移动终端将这一事实通知给两个小区，从而之前的小区断开了通往移动台的通信信道。移动终端因而通过具有较强信号状态的新小区继续通话。
更软切换(softer handoff)是在一个小区的不同扇区之间的切换。对于更软切换而言，一个小区被划分成若干个扇区，并且当使用中的移动终端从一个扇区向同一基站内的另一个扇区移动时，业务信道以与软切换相同的方式连接。
同时，高速数据传输系统可使用编码合并软切换(CCSH)方法，该方法利用turbo编码。根据CCSH，以不同的编码方法对一个信号进行编码，并且发送所获得的编码后的信号。接收部对以不同编码方法编码的信号进行解码和合并以获得增益。根据CCSH切换方法，若干个基站发送通过对于各个基站来说彼此不同的编码方法编码的信号，并且移动终端接收并合并以不同编码方法编码的信号以获得增益。然而，如果移动终端接收到以相同编码方法编码的信号，则其不获得增益。
例如，如图1所示，从基站控制器的主交换中心101输出了待发送到基站的数据。该数据之后被输入到turbo编码器101b中，turbo编码器101b对数据进行编码。turbo编码器101b之后输出以不同模式进行编码的两个信号。
将这两个信号发送到相应的基站，两个信号中包括了来自相应的导频信道部102a和102b的导频信号。之后由移动终端从各个相应的基站中接收发送的信号。移动终端对以不同模式编码的两个信号进行解码并合并以获得增益。
同时，根据CCSH切换方法，各基站都被分配有用于在向移动终端发送信号/从移动终端接收信号的基站和小区区域间进行区分的PN号。在向移动终端发送信号/从移动终端接收信号期间，各基站都处在基站控制器的控制之下，并且具有不同的编码模式。
CCSH是用于实现编码增益和分集增益的方案，并且已经在针对码分多址(CDMA)网络的cdma2000标准中采用了CCSH。
发明内容
因此，需要将CCSH应用于其它类型的通信技术以实现更高的增益。
本发明致力于利用编码合并软切换技术在无线通信系统中发送信号。
本发明的附加特征和优点将在下面的描述中描述且将从描述中部分地显现，或者可以通过本发明的实践来了解。通过书面的说明书及其权利要求以及附图中具体指出的结构可以实现和获得本发明的目的和其他优点。
为了实现这些优点和其它优点，并根据本发明的目的，如具体实施和广义描述的，在用于无线通信系统中发送信号的系统和方法中具体实施了本发明。本发明包括使用第一turbo编码打孔模式(puncture pattern)对数据流进行信道编码；以及使用第二turbo编码打孔模式对所述数据流进行信道编码。优选的是，所述第一turbo编码打孔模式是第一本地运营商设施(LOI，local operator infrastructure)的turbo编码打孔模式，而所述第二turbo编码打孔模式是与所述第一LOI相邻的第二LOI的turbo编码打孔模式。
在本发明的一个方面中，将所述数据流区分为至少第一层数据流和第二层数据流；使用所述第一turbo编码打孔模式和所述第二turbo编码打孔模式对所述第一层数据流进行信道编码；以及使用所述第一turbo编码打孔模式和所述第二turbo编码打孔模式对所述第二层数据流进行信道编码。
优选的是，第一层是增强层，而第二层是基础层。优选的是，所述第一LOI和所述第二LOI在相同的时间和相同的逻辑信道广播相同的数据流。
在本发明的另一个方面，所述第一LOI发送使用所述第一turbo编码打孔模式进行了信道编码的所述第一层数据流和所述第二层数据流。此外，所述第二LOI发送使用所述第二turbo编码打孔模式进行了信道编码的所述第一层数据流和所述第二层数据流。
优选的是，所述数据流包括流描述消息，所述流描述消息包括发送模式扩展字段。或者，所述数据流与包括了发送模式扩展字段的流描述消息一起发送。
优选的是，所述数据流包括系统参数消息，所述系统参数消息包括控制信道发送模式扩展字段。或者，所述数据流与包括控制信道发送模式扩展字段的系统参数消息一起发送。
优选的是，发送所述数据流的发送模式包括16-QAM调制且turbo码率为1/3、QPSK调制且turbo码率为1/5、能量比为4的分层调制且turbo码率为1/3、以及能量比为6.25的分层调制且turbo码率为1/3。
优选的是，发送所述数据流的、与第二turbo编码打孔模式相关的发送模式包括：QPSK调制且turbo码率为1/3、QPSK调制且turbo码率为1/2、16-QAM调制且turbo码率为1/3、16-QAM调制且turbo码率为1/2、16-QAM调制且turbo码率为2/3、QPSK调制和且turbo码率为1/5、能量比为4的分层调制且turbo码率为1/3、能量比为4的分层调制且turbo码率为1/2、能量比为4的分层调制且turbo码率为2/3、能量比为6.25的分层调制且turbo码率为1/3、能量比为6.25的分层调制且turbo码率为1/2、以及能量比为6.25的分层调制且turbo码率为2/3。
应该理解，本发明的前面的概括描述和以下的详细描述是示例性和说明性的，且旨在提供如权利要求限定的本发明的进一步解释。
根据利用编码合并软切换技术在无线通信系统中发送信号的方法，该方法允许移动终端实现编码增益和分集增益。
附图说明
附图被包括在本说明书中以提供对本发明的进一步理解，并结合到本说明书中且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施方式，且与说明书一起用于解释本发明的原理。在不同图中以相同标号标注的本发明的特征、要素、和方面表示根据一个或更多个实施方式的相同、相等、或相似的特征要素或方面。
图1是便于执行编码合并软切换方法的传输部的框图。
图2例示了根据本发明的一个实施方式的确定多址信道容量的曲线图。
图3例示了根据本发明的一个实施方式的合并编码软切换(CCSH)架构。
图4例示了根据本发明的一个实施方式的在OFDM系统上应用CCSH的第一方法。
图5例示了根据本发明的一个实施方式的在OFDM系统上应用CCSH的第二方法。
图6例示了根据本发明的一个实施方式的在OFDM系统上应用CCSH的第三方法。
图7例示了根据本发明的一个实施方式的在OFDM系统上应用CCSH的第四方法。
图8例示了根据本发明的一个实施方式的叠加的导频设计。
图9和图10例示了根据本发明的一个实施方式的互补地复用导频的方法。
图11例示了根据本发明的一个实施方式的多频网络(MFN)。
图12例示了根据本发明的一个实施方式的turbo编码器结构。
图13和图14例示了根据本发明的一个实施方式由图12的turbo编码器采用的、用于生成turbo编码比特序列的打孔模式。
图15例示了根据本发明的一个实施方式而使用两种打孔模式中的第一种的示例。
图16例示了根据本发明的一个实施方式而使用的两种打孔模式中的第二种的示例。
具体实施方式
本发明涉及利用编码合并软切换技术在无线通信系统中发送信号。
根据本发明的一个实施方式，编码合并软切换(CCSH)方法被应用于正交频分复用(OFDM)系统。对于基于OFDM的移动通信系统而言，可能是由于OFDM的较高的信道估计要求，之前存在着对直接应用CCSH的挑战。本发明通过提供复用业务信道和导频信道的方法克服了这些挑战以便于将CCSH应用于OFDM系统。尽管参照OFDM描述了本发明，但本发明也可以应用于其它复用方案，诸如频分复用(FDM，frequencydivision multiplexing)、多载波码分复用(MC-CDM，multi-carrier codedivision multiplexing)、单载波频分复用(SC-FDM，single-carrier frequencydivision multiplexing)以及交织的频分复用(IFDM，interleaved frequencydivision multiplexing)。
图2例示了根据本发明的一个实施方式确定多址信道容量的曲线图。参照图2，针对介质访问控制(MAC)信道，发送侧的最佳接入策略是在整个带宽上对信号进行扩频。对于接收侧，最佳接入策略是将干扰抵消最大化。相应地，该策略也可以应用于软切换情况。
图3例示了根据本发明的一个实施方式的合并编码软切换(CCSH)架构。参照图3，在互补的CCSH中，互补地分割一个信道编码的数据流并通过两个独立的信道(A和B)来发送分割后的数据流。在调制后，接收机10对信号进行合并，并执行信道解码。
如上所述，已经将CCSH应用于CDMA网络。因此，当将CCSH应用于OFDM系统时，本发明考虑了CDMA和OFDM之间的差异。例如，CDMA要求相对简单的信道估计。因此，每条链路一个导频序列可能是足够的。然而，OFDM期望更准确的信道跟踪。相应地，在OFDM中，优选采用多个导频子载波。
一种将CCSH应用于OFDM传输的方法提供了如何从小区的内部来安排导频信道和业务信道，以及如何在小区之间调度导频信道/业务信道。参照表(1)和图4-7，描述了四种方法。
【表1】

参照图4，在方法I中，在同一基站(BS)，导频信道和业务信道正交。在BS之间，导频信道和业务信道正交。
参照图5，在方法II中，在同一BS，会话发起协议(SIP，sessioninitiation protocol)应用于导频信道和业务信道。在BS之间，已经应用了SIP的信道彼此正交。
参照图6，在方法III中，在同一BS，导频信道和业务信道正交。在BS之间，导频信道正交但业务信道交迭。
参照图7，在方法IV中，在同一BS，导频信道和业务信道正交。在BS之间，证书管理协议(CMP，certificate management protocol)被应用于导频信道，而业务信道交迭。在表(1)中可以发现对四种方法的总结。应提到的是，本发明不受到所提出的这四种方法的限制。也可以执行使用SIP、CMP、交迭、正交方法和业务/导频信道的其它方法。
表(2)总结了这四种方法的特征。如表(2)所示，诸如TDM/FDM/OFDM的正交复用方法提供了较低的接收机复杂性和较低的频谱效率。诸如SIP和CMP的非正交复用方法提供了较高的接收机复杂性和较高的频谱效率。
【表2】

图8例示了根据本发明的一个实施方式的叠加的导频设计。图9和图10例示了根据本发明的一个实施方式的互补地复用导频的方法。参照图9，将一个发射机的导频布置成在时域和频域中都与其它发射机的导频互补地交迭。优选的是，在不同的天线的导频图案之间存在着旋转。然而，一般而言导频图案彼此不正交。
参照图10，当移动终端从多个小区接收到导频信号时，导频信号同时在时域和频域中彼此交迭。如果各链路信道响应都不长，则可以使用快速傅里叶变换(FFT)或逆快速傅里叶变换(IFFT)在时域中分离并估计导频信号。
为了控制各导频信道的延迟或旋转，推荐两种方法。第一，凭借基于位置的服务(LBS，location based service)数据，网络能够估计各移动终端与各邻近小区之间的延迟或延迟差异。第二，凭借时间提前请求，所涉及的移动终端能够估计传播延迟并将定时差异反馈给网络。
根据本发明的另一实施方式，当移动终端与多个基站(BS)进行通信时，认为该移动终端处于软切换区域中。如果两个或更多个BS在相同频率中从事于相同的内容，则BS包括单频网络(SFN，single frequencynetwork)。如果BS处于不同的频率中，则认为网络是多频网络(MFN，multi-frequency network)。
在SFN中，由于多个BS在同一时间发送多个相同的信号，因此移动终端可能具有软切换分集增益。然而，在MFN中，由于BS通过不同的频率进行发送信号，因此不存在软切换分集，而且移动终端一次只能访问一个BS。
图11例示了根据本发明的一个实施方式的多频网络(MFN)。参照图11，移动终端20和基站TS1位于本地运营商设施1(LOI1)中。移动终端40和基站TS2位于本地运营商设施2(LOI2)中。移动终端30既位于LOI1中又位于LOI2中。优选的是，执行编码合并软切换(CCSH)方法以为MFN软切换区域中的移动终端实现更大的分集增益和编码增益。
图12例示了根据本发明的一个实施方式的turbo编码器结构。图13和图14例示了根据本发明的一个实施方式由图12的turbo编码器采用的、用于生成turbo编码比特序列的打孔模式。
参照图13，在表格中对数据比特周期的打孔模式进行了组织。优选的是，从上到下来阅读该打孔表。
参照图14，在表格中对尾比特(tail bit)周期的打孔模式进行了组织。优选的是，针对1/2码率的turbo码，从上到下地、再从左到右地读取该打孔表。针对1/3码率的turbo码，重复X和X′，从上到下地、再从左到右地阅读该打孔表。针对2/3码率的turbo码，从上到下地、再从左到右地阅读该打孔表。
在多频网络(MFN)中，以不同的载波频率来操作两个相邻的LOI，如图11中的LOI1和LOI2。因此，在时域或频域中，各LOI的局域内容可能不同。然而，诸如当图11的移动终端30位于LOI1和LOI2二者中时，两个LOI在时域和频域中可以共享相同的广域内容。
因此，根据本发明的一个实施方式，当相邻的LOI同时在相同的逻辑信道(MLC)广播相同的内容时，各LOI可以单独地使用两种不同的turbo编码打孔模式以对发送的信号进行编码。推荐这种方式以便于在切换区域中向仅前向链路(FLO，forward link only)装置提供应用编码合并软切换(CCSH)的机会。此外，本发明还辅助切换区域中的FLO装置获得频率分集增益以外的更大的编码增益。
根据本发明的一个实施方式，使用第一本地运营商设施(LOI)的第一turbo编码打孔模式对数据流进行信道编码，并且使用与第一LOI相邻的第二LOI的第二turbo编码打孔模式对数据流进行信道编码。优选的是，将数据流区分为至少第一层数据流和第二层数据流。例如，第一层可以是增强层，而第二层可以是基础层。
因此，可以使用第一turbo编码打孔模式和第二turbo编码打孔模式对第一层数据流进行信道编码。同样，可以使用第一turbo编码打孔模式和第二turbo编码打孔模式对第二层数据流进行信道编码。结果，可以经由第一LOI来发送使用第一turbo编码打孔模式进行了信道编码的第一层数据流和第二层数据流。此外，可以经由第二LOI来发送使用第二turbo编码打孔模式进行了信道编码的第一层数据流和第二层数据流。
图15例示了根据本发明的一个实施方式的两种打孔模式中的第一种的示例。参照图15，打孔模式A的打孔表基本上与图13和图14的打孔表相同。图16例示了根据本发明的一个实施方式的两种打孔模式中的第二种的示例。应提到的是，图16的打孔模式B可以与图15的打孔模式A相同。但是，优选的是，打孔模式B与打孔模式A不同或互补。
以下表(3)例示根据本发明的一个实施方式的与FLO广播系统结合使用的发送模式表。
【表3】
  模式号  调制  Turbo码率  0  QPSK  1/3  1  QPSK  1/2  2  16-QAM  1/3  3  16-QAM  1/2  4  16-QAM  2/3
  模式号  调制  Turbo码率  5  QPSK  1/5  6  能量比为4的分层调制  1/3  7  能量比为4的分层调制  1/2  8  能量比为4的分层调制  2/3  9  能量比为6.25的分层调制  1/3  10  能量比为6.25的分层调制  1/2  11  能量比为6.25的分层调制  2/3  12  16-QAM  1/3  13  QPSK  1/5  14  能量比为4的分层调制  1/3  15  能量比为6.25的分层调制  1/3
以下表(4)例示了根据本发明的另一个实施方式的与FLO广播系统结合使用的发送模式表。如表(4)所示，描述了打孔模式A和打孔模式B的发送模式。
【表4】

以下表(5)例示了根据本发明的一个实施方式的与FLO广播系统结合使用的流描述消息。优选的是，将流描述消息中的TransitMode(发送模式)参数设定为不超过4比特。
【表5】
  字段  长度(比特)  CPPHeader  32或40  FlowBlobLength  8  FlowCount  7  Reserved0  1
剩余字段中FlowCount的占用
  FlowID_bits_4_thru_19_SameAsBefore  1  FlowID_bits_4_thru_19  0或16  FlowID_bits_0_thru_3  4  RFChannelID  8  MLCIDSameAsBefore  1  MLC-ID  0或8  TransmitMode  0或4  OuterCodeRate  0或4  FlowBlob  FlowBlobLength  StreamID  2  StreamResidualErrorProcessing  2  StreamUsesBothComponents  1
  Reserved1  可变(0-7)
以下表(6)例示了根据本发明的一个实施方式的与FLO广播系统结合使用的系统参数消息。优选的是，将系统参数消息中的ControlChannelTXMode参数设定为不超过4比特。
【表6】
  字段  长度(比特)  SYS_TIME  32  LP_SEC  8  LTM_OFF  6  DAYLT  1  NetworkID  16
  字段  长度(比特)  InfrastructureID  16  ProtocolVersion  8  MinProtocolVersion  8  MinMonitorCycleIndex  4  NumPPCSymbols  2  NumMACTimeUnits  9  DataMACTrailerLength  4  ControlMACHdrLength  2  StreamLayerTrailerLength  4  CPPHdrlength  3  ControlChannelTxMode  4  ControlChannelOuterCodeRate  4  ControlChannelAllocation  3  ControlChannelStartOffset  9
前面的实施方式和优点仅仅是示例性的，不能将其理解为是对本发明的限制。本教导可以容易地应用于其它类型的装置。本发明的描述是例示性的，而不是对权利要求范围的限制。很多替代例、修改例和变型例对于本领域的技术人员来说都是显而易见的。在权利要求中，装置加功能的语句旨在涵盖这里所描述的执行叙述的功能的结构，并且希望不但涵盖是结构上的等同物，而且涵盖等效结构。
工业实用性
本发明可应用于无线通信系统。