专利名称：极化作用增强的cdma通信系统的制作方法
背景技术：
I.发明领域本发明涉及无线通信。本发明尤其涉及采用信号的极化对用码分多址(CDMA)信号处理过的信号进行发送和接收的方法和装置。
II.相关领域的描述IS-95标准(IS-95)定义了一种在空中接口上的码分多址(CDMA)，用来提供有效的、强健的蜂窝电话服务。IS-95标准已由电信工业协会(TIL)获准由不同的供应商制造蜂窝电话和基站，用以相互配合。采用IS-95标准构成的蜂窝电话系统见
图1所示。另外，基本采用IS-95构成的蜂窝电话系统见标题为“在CDMA蜂窝电话系统中产生信号波形的系统和装置(System and Method for GeneratingSignal Waveforms in a CDMA Cellular Telephone System)”的美国专利5,103,459。该专利已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。
CDMA信号处理使得一组用户信号在被变化成射频(RF)频带前，能够通过用一组伪随机噪声码(PN码)对用户信号进行调制而在相同的射频带上被发送。PN码是用来在分别进行发送和接收处理期间对用户信号进行调制和解调。采用CDMA信号处理的主要好处是，相邻的基站可以用相同的RF带宽来进行通信，这样就提高了频率的再利用率，因而也提高了蜂窝电话系统使用已有射频带宽的效率。
CDMA技术的另一个好处是使得能够进行多径信号处理。多径信号处理是对因反射和其他多径现象产生的同一发送信号不同形式的个别处理。通常，各种形式的发送信号是由一组解调器来处理的，每一解调器均与该信号的PN码状态同步。在对特定的多径信号进行处理时，其他非同步的多径信号被检测为背景噪声或干扰。一旦在完成每一多径信号的处理以后，通常将产生的“软判决”数据合并成一个数据组，并对该数据组进行译码。
尽管采用多径信号处理提高了CDMA接收处理系统的性能，但特定的多径信号处理期间其他多径信号产生的干扰仍然是人们所不希望的。干扰会引起衰落，并减少特定基站能进行通信的总数。如果能够提供减小多径信号相互干扰程度的方法和装置，那么就还能够进一步提高多径接收处理系统的性能。为此，并且也是为了下面讨论的目的，就产生了本发明。
发明概述本发明是采用信号的极化从而有利于发送和接收用码分多址(CDMA)信号处理的信号的新的、改进的方法和装置。在本发明的一种实施例中，右倾斜形式和左倾斜形式的信号是用单独的天线发送的，用以提高在接收系统处有不同极化形式的信号的可能性，并减少交叉干扰。另外，在一次发送中引入延迟，以提供附加分集性。接收系统由一个极化天线和选择接收信号最佳取样的分集接收机组成，而接收信号最佳取样的选择通常是取决于这些信号的极化和天线的方向的。在另一种实施例中，接收系统中含有两个天线，这两个天线具有不同的极化特性，用以提高接收信号具有更高质量的几率。
附图简述在结合附图对本发明进行了详细描述以后，读者将会更清楚地理解本发明的特征、目的和优点。图中，相同的标号所表示的意义相同。
图1是采用IS-95标准构成的蜂窝电话系统的图；图2是按照本发明的第一个实施例构成的蜂窝电话系统的方框图；图3是按照本发明较佳实施例构成的用户单元的接收处理系统的方框图；以及图4是按照本发明另一个实施例构成的用户单元蜂窝电话系统的方框图；图5是按照本发明一个实施例构成的用户单元发射处理系统的一部分的方框图；图6是按照本发明的一个较佳实施例构成的基站中接收处理系统一部分的方框图。
较佳实施例的详细描述本发明是采用信号的极化以利于对用码分多址(CDMA)信号处理的信号进行发送和接收的新的、改进的方法和装置。在下面的描述中，本发明指的是按照IS-95标准工作的CDMA蜂窝电话系统。尽管本发明特别适用于按照IS-95标准工作的蜂窝电话系统，其他包括卫星系统或点对点通信系统的无线通信系统也可以采用本发明，就像采用正弦信号和瑞克接收机如同轴电缆通信系统的有线系统一样。
图2是按照本发明的一个实施例构成的一部分蜂窝电话系统的高度简化的方框图。基站22和22a与基站控制器24耦合，而基站控制器24又与公共交换电话网(PSTN)耦合。PSTN是传统的有线电话网。图中，基站22向用户单元20发送一个射频信号，用以进行通信。通常，用户单元20向基站22发送一个射频信号，然而，图中未示出该信号的发送，以简化本发明的讨论。
在本发明的一个较佳实施例中，基站22产生两个正交极化的前向链路信号，称为从天线系统54a和54b发出的右倾斜信号60和左倾斜信号62。在所描述的本发明的典型实施例中，这些信号是根据从数字处理系统(DPS)53接收的数字信号由是基站22一部分的单独的RF子系统52a和52b产生的。DPS 53接收要从BSC44发送的数据。
延迟器50与射频子系统52a耦合。延迟器50在出站左倾斜信号62中引入延迟，以提供时间分集。延迟的持续时间至少与一个用于调制和解调的PN码的数据位或“码片”的持续时间一样长，并且最好等于2-3个码片的持续时间。本领域中普通技术人员会注意到，可以有各种各样的方法，用以在信号中引入延迟，包括由DPS 53引入延迟。但是，最好在由DPS 53执行了处理以后引入延迟，因为这时仅必须产生一个数字信号。
正象本领域中人们众所周知的那样，射频信号会引起各种形式的正交极化，包括左倾斜和右倾斜极化，它们与纵向成45度角。另外，人们还知道各种其他形式的极化，包括水平和垂直极化，或右圆(RHC)极化和左圆(LHC)极化，其使用也符合本发明的使用。
在本发明的一个实施例中，右倾斜信号60和左倾斜信号62的发射最好具有不同方向的取向。例如，天线54a的方向可以略微与天线54b的方向不同。方向取向的差异最好略有不同，从而可以在相同的地方接收这两个信号，但它们的多径条件却是不同的。这就增强了信号源的分集性。另外，取向可以作很大的改变。例如，沿天线54a和54b方向的子系统52a和52b可以在不同的地方。这就使得不同的小区会具有不同的极化效果。当用户单元20从一个小区移动到下一个小区的时候，接收信号的极化会发生变化。当然，天线也可以具有相同的方向性取向。
如图2所示，右倾斜信号60由树木61反射，产生多径信号60a，而左倾斜信号62由建筑物63反射，产生多径信号62a。正如本领域中人们所知道的那样，反射可以改变已经极化的信号，或者在非极化信号中加入极化。用户单元20接收信号60、60a、62和62a，并进行接收解调，以提取发送的数据。
图3是按照本发明的一个实施例构成的用户单元20的接收处理部分的方框图。天线系统70与射频接收机74耦合，而射频接收机74又与解调器80a-c和搜寻器以及控制器78耦合。解调器80a-c也与搜寻器和控制器78耦合，并且还与组合器82耦合。尽管图中示出了三个解调器80，但也可以采用其他数量的解调器，如四个或更多个，这也符合本发明的精神的。
运行期间，天线系统70从基站22接收左倾斜RF信号和右倾斜RF信号。RF接收机对这些信号进行滤波、下变频和数字化，产生取样信号86。搜寻器和控制系统9780接收取样信号86，用用于对信号进行调制的PN码进行重复的时间偏移搜寻，以确定图2中信号60、60a、62和62a的到达时间。一旦确定了信号60、60a、62和62a的到达时间，搜寻器和控制系统7890配置解调器80a-c，用控制接口92，在相关的到达时间，对右倾斜取样信号86或左倾斜取样信号88中的信号60、60a、62和62a进行处理。
在本发明的较佳实施例中，解调器80a-c用按照IS-95标准和相关到达时间(偏移)配置和产生的PN控制码和沃尔什信道码对取样信号进行解调。另外解调器80a-c还进行时间跟踪，以调节到达时间的改变。解调器80a-c进行的解调产生由组合器82接收的软判决数据。组合器82将软判决数据94a-c组合，产生由译码器(未示出)接收的相加的软判决数据。译码器进行软判决译码，产生硬判决数据99，产生的硬判决数据99用于作进一步的处理，如数据计算或可闻音的重现。各种类型的译码是人们众所周知的，并且可以包含在本发明中，包括网格译码和维特比译码。
采用不同极化的射频接收机，可以将不同的接收信号在解调前相互隔开，这样就减小了信号相互干扰的程度。通常，天线系统70因其形状和取向而不同而具有极化接收特征，而将具有不同极化的信号分开。当取向改变时，极化接收的特征也随之而变，而给出信号随时间的分集性。这就提高了用户单元20的处理性能，从而增强了相关蜂窝电话系统的呼叫处理能力。通常将这一增强的呼叫处理能力用来增加在任何给定时刻下可以进行的电话呼叫的数量。
图45是按照本发明的另一个实施例构成的用户单元20的接收处理部分的方框图。右倾斜天线系统270和左倾斜天线系统272接收提供给射频接收机274和276的射频信号。射频接收机274和276与解调器280a-c以及搜寻器和控制器278耦合。解调器280a-c与搜寻器和控制器278以及组合器282耦合。尽管图中示出的是三个解调器280，但采用其他数量的解调器(包括四个或更多个)也是符合本发明的精神的。尽管这里讨论的是右倾斜和左倾斜天线系统270和272，但由于用户单元的移动性而会改变天线系统的绝对极性，但不是相对极性。
工作时，右倾斜天线系统270接收具有右倾斜极性的信号，而左倾斜天线系统272和接收机274对这些信号进行频率滤波、下变频和数字化，产生右倾斜取样286。类似地，左倾斜天线系统272进行射频信号的极化滤波，而接收机276对这些信号进行频率滤波、下变频和数字化，产生左倾斜取样信号288。进行极化接收的各种方法和天线在本领域中是众所周知的。因此，右倾斜取样信号286只含有具有右倾斜分量的信号，因而去除了因正交极化信号引起的干扰。类似地，左倾斜取样信号288仅含有具有左倾斜分量的信号，因而去掉了由其他正交极化信号产生的干扰。
搜寻器290接收右倾斜取样信号286和左倾斜取样信号288，并用用来对信号进行调制的PN码进行重复的时间偏移搜寻，以确定图2中所示信号60、60a、62和62a的到达时间。一旦确定了信号60、60a、62和62a的到达时间，搜寻器290用控制接口292，在相关的到达时间内，配置解调器280a-c，对右取样信号286或左取样信号88中的信号60、60a、62和62a进行处理。在本发明的较佳实施例中，解调器280a-c用按照IS-95标准和相关到达时间(偏移)配置和产生的PN扩展码和沃尔什信道码对取样信号进行解调。另外，解调器280a-c进行时间跟踪，以调节到达时间的改变。
解调器280a-c进行的解调产生由组合器282接收的软判决数据。组合器282将软判决数据组合，产生由译码器(未示出)接收的相加软判决数据。译码器进行软判决译码，产生随后用于进一步处理如数据计算或可闻音重现的硬判决数据。各种类型的译码是人们众所周知的，并且可以包含在本发明中，包括网格译码和维特比译码。
采用不同极化的射频天线，可以将不同的接收信号在解调前相互隔开，这样就减小了信号相互干扰的程度。另外，采用两个具有不同极化的天线，可以独立地接收、识别和处理最佳信号，从而提高了平均信号质量。这提高了用户单元20的处理性能，从而增强了相关蜂窝电话系统的呼叫处理能力。该增强了的呼叫处理能力通常用来提高在任何给定时刻下可以进行电话呼叫的数量。
图2是按照本发明另一个实施例构成的一部分蜂窝电话系统的高度简化的方框图。基站22与基站控制器24耦合，而基站控制器24接着与公共交换电话网(PSTN)耦合。PSTN是传统的有线电话网。如图所示，用户单元20向用户单元20发送一个射频信号，用以进行通信。
用户单元20产生两个正交极化的前向链路信号，称为右倾斜信号360和左倾斜信号60b，它们是从天线系统362和364发送的。这些信号根据从数字单元365接收的数字信号，由是用户单元20的一部分的两个独立的天线产生。数据是从某些外部数据源如数字话音处接收的。
延迟器350与射频单元352b耦合。延迟器350在出站左倾斜信号362中引入延迟，用以提供时间分集。延迟的持续时间至少与一个用于调制和解调的PN码的数据位或“码元”持续时间一样长，并且最好等于2-3个码片的持续时间。本领域中普通技术人员会注意到，可以有各种各样的方法，用以在信号中引入延迟，包括由数字单元353引入延迟。但是，最好在由数字单元353执行了处理以后引入延迟，因为这时仅必须产生一个数字信号。
正象上文中参照图2描述的那样，右倾斜信号360a和左倾斜信号360b的发送可以有不同的取向。例如，天线364可以具有与天线362具有略微不同的方向。方向最好是稍稍不同，从而在同一地方接收的两个信号会具有不同的多径条件。这增强了信号源的分集性。
如图5所示，右倾斜信号364由树木61反射，产生多径信号362a，而左倾斜信号362由建筑物63反射，产生多径信号362a。正如本领域中人们所知道的那样，反射可以改变已经极化的信号，或者在非极化信号中加入极化。基站22接收信号360、360a、362和362a，并进行接收解调，以提取发送的数据。在本发明的一个实施例中，基站22通过具有对某些产生的多径信号进行滤波的特定极化的天线系统，接收信号360、360a、362和362a。
图6是按照本发明另一个实施例的与用户单元进行通信的基站22一部分接收处理系统的方框图。基站22内，图中示出的区站调制解调器(CSM)84是与天线系统耦合的。天线系统由右倾斜天线170和左倾斜天线172以及射频接收机174和176组成。通常，基站接收一组信号，如图5中的信号360、360a、362和362a。图中，基站接收从用户单元20发射的三个射频信号，或出现三个信号。一个信号60是通过直接路径接收的。另一个信号是从树木161反射的。第三个信号是从建筑物163反射的。另外，其他信号是从其他的用户单元20反射并由天线170和72接收。
由右倾斜天线170接收的信号来到接收机174，接收机174对延迟的信号进行滤波、下变频和数字化。左倾斜天线172接收的信号作用于接收机176，接收机176对信号进行滤波、下变频和数字化。来自接收机174和176的数字化信号作用于区站调制解调器(CSM)84(只示出了局部)以及基站中的其他区站调制解调器(未示出)，对来自特定用户单元20的一组多径信号进行解调。在单个的集成电路上实现CSM的系统和方法见标题为“扩展谱多址通信系统的区站解调器结构(CellSite Demodulator Architecture for a Spread Spectrum Multiple AccessCommunication System)”的美国专利5,654,979和标题为“扩展谱多址通信系统的多径搜寻处理器(Multipath Search Process for a Spread Spectrum MultipleAccess Communication System)”的共同待批的美国专利申请08/316,177，二者均已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。
在CSM 84内，搜寻器和控制器178接收数字化信号，并识别通过各种时间偏移下应用相关的控制码处理的多径信号。另外，搜寻器和控制器检查分别来自天线170和天线172的输入，并判决哪一个天线产生用于特定手指的最佳结果。一旦识别了多径信号，搜寻器和控制器178分配一个解调器180，对来自确定的特定天线的多径信号进行处理，以提供最好的结果。来自解调器180a-c的合成软判决数据由组合器182组合，并传送到网格译码器或维特比译码器，并随后传送到BSC。
通过在发射系统处提供不同极性的射频信号，本发明增强了从特定的用户单元20在接收系统处对多径信号的接收处理。特别是，引起多径发送的反射和其他的现象经常会改变信号的极化特性，包括引入非均匀极化特性。通过提供数字化的天线输入，不同的极化多径信号一个一个地被滤波，从而不会相互干扰。延迟的引入还通过降低信号的受损组合从而产生衰落状态的几率而防止了干扰。
因此，本发明是一种发送和接收码分多址(CDMA)信号的新的、改进的方法和装置。前文中对较佳实施例的描述使得本领域中的普通技术人员能够使用本发明。很明显，本领域中的技术人员还可以对这些实施例作各种修改，并且在无需发明人的帮助下，将这些基本原理应用于其他的实施例。特别要指出的是，尽管基站控制器的较佳结构是用来描述本发明的实施例的，但本发明也可以用其他结构的基站控制器来实施。所以，本发明并非仅限于所描述的实施例，应当从最宽的范围来理解所揭示的原理和新特征。
权利要求
1.一种通过码分多址通信系统发送信息的方法，其特征在于，它包含a)发送第一种极化形式的所述信号；以及b)发送第二种极化形式的所述信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一种极化形式是与所述第二种极化形式正交的。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一种极化形式的所述信号在发送时具有与所述极化形式的所述信号不同的取向。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一种极化形式的所述信号具有与所述极化形式的所述信号不同的时间偏移。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一种极化形式的所述信号是用与所述极化形式的所述信号不同的取向以及不同于所述极化形式的所述信号的时间偏移来发送的。
6.一种通过一组多径复制(copy)接收信号的系统，其特征在于，它包含根据所述多径复制，产生所述多径复制第一极化组的第一极化接收系统；根据所述多径复制，产生所述多径复制第二极化组的第二极化接收系统；以及根据多径复制的所述第一极化组和多径复制的所述第二极化组，产生第一软判决数据的第一解调系统；以及根据多径复制的所述第一极化组和多径复制的所述第二极化组，产生第二软判决数据的第二解调系统。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，它还包含识别所述多径复制的第一极化组中的特定多径复制的时间偏移的搜寻器。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述搜寻器还用来构成所述第一解调系统和所述第二解调系统，用以调制所述第一极化组的多径复制和所述第二极化组的多径复制。
9.一种发送码分多址信号的系统，其特征在于，它包含发送第一极化形式的所述信号的第一射频处理单元；以及发送第二极化形式的所述信号的第二射频处理单元。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一极化形式与所述第二极化形式正交。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一射频处理单元沿第一个方向发送所述第一极化形式的所述信号；以及所述第二射频处理单元沿第二个方向发送所述第二极化形式的所述信号，并且所述第二个方向与所述第一个方向是不同的。
12.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一射频处理单元发送具有第一时间偏移的所述第一种极化形式的所述信号；以及所述第二射频处理单元发送具有第二时间偏移的所述第二种极化形式的所述信号，并且所述第二时间偏移与所述第一时间偏移是不同的。
13.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一射频处理单元沿第一个方向发送具有第一时间偏移的所述第一极化形式的所述信号；以及所述第二射频处理单元沿第二个方向发送具有第二时间偏移的所述第二极化形式的所述信号，并且所述第二个方向与所述第一个方向不同，所述第二时间偏移与所述第一时间偏移不同。
全文摘要
本发明是一种发送和接收码分多址(CDMA)信号的新的、改进的方法和装置。在本发明的所述实施例中,射频(RF)信号是通过产生右倾斜取样信号(60)和左倾斜取样信号(62)的第一极化RF单元(52a)和第二极化RF单元(52b)接收的。 右倾斜取样信号(60)和左倾斜取样信号(62)中的每一个经过搜寻和独立的多径处理,将合成的软判决数据组组合和译码。在本发明的一个较佳实施例中,可以产生和发送右倾斜信号和左倾斜信号,以提高接收系统处具有不同极化的信号的几率。
文档编号H04B7/24GK1271479SQ98809571
公开日2000年10月25日 申请日期1998年9月29日 优先权日1997年9月30日
发明者K·R·贝克 申请人:夸尔柯姆股份有限公司