СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОРТОГОНАЛЬНЫХ ИГОЛЬЧАТЫХ ГЛАВНЫХ ЛЕПЕСТКОВ, СЕКТОРОВ И ПИКОЯЧЕЕК Российский патент 2003 года по МПК H04B7/26 

Изобретение относится к связи. Более конкретно настоящее изобретение относится к способу и системе для обеспечения ортогональных игольчатых главных лепестков, секторов и пикоячеек.

Использование способов модуляции множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) является одним из нескольких способов для облегчения связи с участием большого количества пользователей системы. Несмотря на то, что известны другие способы, как например множественный доступ с временным разделением каналов (МДВР), множественный доступ с частотным разделением каналов (МДЧР) и схемы амплитудной модуляции, как например расширяемая по амплитуде одна боковая полоса частот (РАОПЧ), МДКР имеет значительные преимущества перед этими другими способами. Использование способов МДКР в системе множественного доступа раскрыто в патенте US 4901307, озаглавленном "Система связи множественного доступа с расширенным спектром, использующая спутниковые или наземные ретрансляторы". Использование способов МДКР в системе связи множественного доступа дополнительно раскрыто в патенте US 5103459, озаглавленном "Система и способ для генерирования форм волн сигнала в телефонной системе сотовой связи МДКР". Система МДКР может быть спроектирована в соответствии со "Стандартом TIA/EIA/IS-95 совместимости мобильная станция - базовая станция для двухрежимной широкодиапазонной системы сотовой связи с расширенным спектром", далее упоминаемом как стандарт IS-95.

Система МДКР является системой связи с расширенным спектром. Преимущества связи с расширенным спектром хорошо известны в данной области техники и могут быть оценены ссылкой на процитированные выше ссылки. МДКР с помощью сигнала, являющегося по своей неотъемлемой сущности широкополосным сигналом, предлагает форму разнесения частоты посредством расширения энергии сигнала через широкую полосу частот. Таким образом, избирательное частотное замирание влияет только на небольшую часть ширины полосы частот сигнала МДКР. Пространственное или маршрутное разнесение получается обеспечением многочисленных маршрутов сигнала через одновременные линии связи к мобильному пользователю или в удаленную станцию через две или более базовых станций. Кроме того, разнесение маршрута может быть получено при использовании многомаршрутного окружения (Среды) посредством обработки расширенного спектра, что позволяет принимать и обрабатывать отдельно сигналы, поступающие с различными задержками распространения. Примеры разнесения маршрута иллюстрируются в патенте US 5101501, озаглавленном "Способ и система для обеспечения мягкого переключения связи в телефонной системе сотовой связи МДКР", и в патенте US 5109390, озаглавленном "Разнесенный приемник в системе сотовой связи МДКР".

В системе МДКР прямая линия связи относится к передаче из базовой станции в удаленную станцию. В типичной системе связи МДКР, которая соответствует стандарту IS-95, данные прямой линии связи и передачи речи происходят через ортогональные кодовые каналы. В соответствии со стандартом IS-95 каждый ортогональный кодовый канал покрывается уникальной последовательностью Уолша, которая равна по длительности 64 элементарным сигналам. Ортогональность минимизирует помеху между кодовыми каналами и повышает производительность.

Системы МДКР предлагают более высокую пропускную способность системы, измеряемую количеством поддерживаемых пользователей, посредством нескольких особенностей проектирования. Во-первых, частота передачи соседних сотовых ячеек может быть повторно использована. Во-вторых, увеличенная пропускная способность может быть достигнута использованием более направленных антенн для передачи в некоторые зоны или некоторые удаленные станции. В системе МДКР зона обслуживания (или сотовая ячейка) может быть разделена на несколько секторов (например, три) при использовании направленных антенн. Способ и устройство для обеспечения секторов в системе связи МДКР описаны в патенте US 5621752, озаглавленном "Адаптивное разделение на секторы в системе связи с расширенным спектром". Каждый сектор или сотовая ячейка может быть дополнительно разделен на более направленные игольчатые главные лепестки. Или же игольчатые главные лепестки могут быть назначены выбранным удаленным станциям или множеству удаленных станций внутри сектора или сотовой ячейки. Пикоячейка является локализованной рабочей зоной внутри сектора или сотовой ячейки. Пикоячейка может быть вставлена внутри сектора или сотовой ячейки для улучшения пропускной способности и обеспечения дополнительных услуг.

В типичной системе МДКР передачи прямой линии связи в различных секторах обычно используют различные короткие расширяющие ПШ (псевдошумовые) последовательности (или различные сдвиги общего множества коротких расширяющих ПШ последовательностей). Таким образом, если удаленная станция находится в рабочих зонах с перекрывающимися секторами и демодулирует сигнал из одного сектора, сигналы из других секторов распространяются и появляются как широкополосная помеха. Однако сигналы из других секторов или сотовых ячеек не являются ортогональными друг к другу. Неортогональная помеха от соседних секторов или сотовых ячеек может снизить производительность системы связи.

В системе связи МДКР IS-95 сигнал пилот-сигнала передается по прямой линии связи для того, чтобы помочь удаленной станции выполнить когерентную демодуляцию принимаемого сигнала. Когерентная демодуляция имеет результатом повышенную производительность. Для каждого лепестка используется канал пилот-сигнала. В соответствии со стандартом IS-95 канал пилот-сигнала покрывается нулевой последовательностью Уолша.

Ряд проблем возникает при попытке увеличить пропускную способность системы МДКР. Во-первых, последовательности Уолша, имеющиеся для покрытия кодовых каналов, определяются стандартом IS-95 и ограничиваются 64. Во-вторых, способ разработан для того, чтобы дать возможность удаленным станциям различать различные лепестки, секторы или пикоячейки в системе МДКР с минимальной обработкой сигнала. И, в-третьих, поддерживание соответствия со стандартом IS-95 является желательным условием. Настоящее изобретение направлено на эти проблемы.

Настоящее изобретение является новым и усовершенствованным способом и устройством для обеспечения ортогональных игольчатых главных лепестков, секторов и пикоячеек. Передачи можно сделать ортогональными с помощью использования ортогональных вспомогательных пилот-сигналов и различных каналов Уолша для трафика в соседних зонах. В соответствии со стандартом IS-95, пилот-сигнал покрывается последовательностью Уолша из 64-х элементарных сигналов нулевых значений. В типовом примере осуществления последовательности Уолша из 64-х элементарных сигналов нулевых значений обозначается как Р, а последовательность из 64-х элементарных сигналов единичных значений обозначается как М. В настоящем изобретении дополнительные пилот-сигналы могут обеспечиваться конкатенацией последовательностей из 64-х элементарных сигналов нулевых значений Р и единичных значений М. Для двух пилот-сигналов можно использовать последовательности Уолша РР и ММ. Для четырех пилот-сигналов можно использовать последовательности Уолша РРРР, РМРМ, РРММ и РММР. Настоящее изобретение можно расширить так, что К последовательностей Уолша для пилот-сигнала можно генерировать заменой каждого бита в К битовой последовательности Уолша последовательностью из 64-х элементарных сигналов нулевых значений Р или единичных значений М, в зависимости от значения этого бита. Используя этот способ, можно генерировать К последовательностей Уолша для пилот-сигнала из основных последовательностей нулевых значений Р и единичных значений М, где К - число, которое равно показателю степени двух.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение ортогональных игольчатых главных лепестков, секторов и пикоячеек. В типовом примере осуществления каналы трафика в зоне передачи покрываются последовательностями Уолша, которые являются ортогональными последовательностям соседних зон. Кроме того, пилот-сигнал для каждой зоны передачи покрывается последовательностью Уолша для пилот-сигнала, которая получается из нулевой последовательности Уолша. Ортогональные каналы трафика и пилот-сигналы минимизируют помеху и улучшают пропускную способность.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение дополнительных ортогональных каналов пилот-сигнала без уменьшения количества ортогональных каналов Уолша, имеющихся для каналов трафика и управления. В соответствии со стандартом IS-95, 64 последовательности Уолша имеются для покрытия 64 кодовых каналов. Нулевая последовательность Уолша резервируется для канала пилот-сигнала, а остальные 63 последовательности Уолша можно использовать для других кодовых каналов, как например каналов трафика и каналов управления. В настоящем изобретении дополнительные пилот-сигналы генерируются при использовании конкатенированных комбинаций из последовательностей нулевых значений и единичных значений. Все пилот-сигналы являются ортогональными друг к другу и к остальным последовательностям Уолша. остальные 63 последовательности Уолша являются по-прежнему доступными для использования системы.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение эффективного механизма для поиска и различения пилот-сигналов различных лепестков, секторов и пикоячеек в системах МДКР. В типовом воплощении пилот-сигналы расширяются с использованием одной и той же короткой расширяющей последовательности. Удаленная станция способна сжимать все пилот-сигналы с использованием одной и той же короткой сжимающей последовательности. Для каждого интервала из 64-х элементарных сигналов, длины основной последовательности Уолша сжатый сигнал раскрывается нулевой последовательностью Уолша для обеспечения значений I и Q пилот-сигнала. Для каждой гипотезы пилот-сигнала значения I и Q пилот-сигнала, полученные из настоящего и предыдущего интервалов из 64-х элементарных сигналов, объединяются в соответствии с гипотезой, и сжатый пилот-сигнал сравнивается с заданными порогами. Поскольку все гипотезы пилот-сигнала можно вычислить из общего множества значений I и Q пилот-сигнала, можно легко выполнить обработку сигнала для получения и различения пилот-сигналов из различных лепестков, секторов и пикоячеек.

Другой задачей настоящего изобретения является предоставление эффективного механизма для добавления и удаления лепестков, секторов и пикоячеек из активного и/или потенциального множеств удаленной станции. В типовом примере осуществления каждая удаленная станция поддерживает активное множество, содержащее список лепестков, секторов и пикоячеек, с которыми удаленная станция находится в активной связи. В типовом примере осуществления каждая удаленная станция также поддерживает потенциальное множество, содержащее список лепестков, секторов и пикоячеек, из которых энергия принимаемых пилот-сигналов превышает заданный порог. Энергию принимаемых пилот-сигналов можно вычислить из раскрытого пилот-сигнала. Если энергия выше порога добавления, игольчатый главный лепесток, сектор или пикоячейка, соответствующие этому пилот-сигналу, могут добавляться к активному/потенциальному множеству удаленной станции. Или же, если энергия ниже порога удаления, игольчатый главный лепесток, сектор или пикоячейка, соответствующие этому пилот-сигналу, могут удаляться из активного/потенциального множества.

Признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из подробного описания, изложенного ниже, при рассмотрении вместе с чертежами, на которых одинаковые ссылочные обозначения идентифицируют соответственно повсюду и на которых:
фиг.1А - схема типовой сотовой ячейки МДКР, содержащей более широкий лепесток и множество игольчатых главных лепестков;
фиг. 1В - схема типовой сотовой ячейки МДКР, содержащей три сектора и пикоячейку;
фиг. 2 - блок-схема типовой передачи прямой линии связи и принимающей подсистемы настоящего изобретения;
фиг.3 - блок-схема типового элемента канала внутри базовой станции; и
фиг.4 - блок-схема типового демодулятора внутри удаленной станции.

фиг.5 - трафики EB/Nt относительно расстояния от пикоячейки.

Настоящее изобретение является способом и устройством для обеспечения ортогональных игольчатых главных лепестков, секторов и пикоячеек. В соответствии со стандартом IS-95 прямая линия связи содержит 64 ортогональных кодовых канала, которые генерируются покрытием каждого кодового канала одной из 64-х уникальных последовательностей Уолша. В соответствии со стандартом IS-95, нулевая последовательность Уолша резервируется для пилот-сигнала. Для увеличения пропускной способности передача прямой линии связи может содержать многочисленные передачи. Каждая передача может направляться в конкретную зону с помощью использования направленных антенн. Например, передача может направляться во всю зону, окружающую базовую станцию (например, ненаправленная передача), сектор сотовой ячейки или локализованную зону внутри сектора или сотовой ячейки, с использованием игольчатых главных лепестков или пикоячеек. Игольчатые главные лепестки обеспечивают коэффициент направленного действия антенны, минимизируют помеху и увеличивают пропускную способность. В этом описании специализированная передача содержит передачу, покрывающую сотовую ячейку, сектор или пикоячейку, и направленную передачу, использующую более широкий лепесток, игольчатый главный лепесток или другие направленные лепестки.

Для когерентной демодуляции фаза пилот-сигнала используется для демодуляции принимаемого сигнала. В типовом примере осуществления один пилот-сигнал передается с каждой специализированной передачей. В типовом примере осуществления для минимизации помехи в соседнюю зону передачи обеспечиваются через ортогональные каналы. Однако, количество последовательностей Уолша, имеющихся для покрытия кодовых каналов, является, фиксированным для системы IS-95. Требуется способ и устройство для обеспечения дополнительных ортогональных каналов пилот-сигнала, в качестве требуемых лепестками, ортогональными секторами и пикоячейками, без использования существующих последовательностей Уолша, поскольку это уменьшало бы количество имеющихся последовательностей Уолша, которые могут использоваться для покрытия каналов трафика и управления. Кроме того, поддержание совместимости со стандартом IS-95 является важным соображением.

В соответствии со стандартом IS-95 каждая последовательность Уолша равна 64 элементарным сигналам по длительности. Кроме того, последовательность Уолша, резервируемая для канала пилот-сигнала, равна последовательности с нулевыми значениями. В настоящем изобретении дополнительные ортогональные каналы пилот-сигнала обеспечиваются конкатенацией последовательностей нулевых значений и единичных значений. Последовательности нулевых значений и единичных значений являются ортогональными ко всем другим последовательностям Уолша. Дополнительные более длинные последовательности Уолша пилот-сигнала, обеспечиваемые настоящим изобретением, являются ортогональными друг к другу и другим последовательностям Уолша не пилот-сигнала из 64-х элементарных сигналов.

В типовом примере осуществления последовательность Уолша из 64-х элементарных сигналов нулевых значений обозначается как Р, а последовательность из 64-х элементарных сигналов единичных значений обозначается как М. В настоящем изобретении дополнительные ортогональные последовательности Уолша пилот-сигнала могут обеспечиваться конкатенацией последовательностей Р и М. Например, два канала пилот-сигнала могут обеспечиваться использованием последовательностей Уолша пилот-сигнала из 128 элементарных сигналов, получаемых с помощью 2 бит отображения кода Уолша типа РМ. Таким образом, могут использоваться последовательности Уолша пилот-сигнала РР и РМ. Последовательность Уолша пилот-сигнала РМ содержит последовательность из 64-х бит нулевых значений, за которой непосредственно следует последовательность из 64-х бит единичных значений. Аналогично четыре канала пилот-сигнала могут обеспечиваться использованием последовательностей Уолша пилот-сигнала из 256 элементарных сигналов, получаемых с помощью 4 бит преобразования кода Уолша типа Р и М. Таким образом, могут использоваться последовательности Уолша пилот-сигнала РРРР, РМРМ, РРММ и РММР. Последовательность Уолша пилот-сигнала РМРМ содержит последовательность из 64-х бит нулевых значений, за которой непосредственно следует последовательность из 64-х бит единичных значений, за которой непосредственно следует последовательность из 64-х бит нулевых значений и за которой непосредственно следует последовательность из 64-х бит единичных значений. Концепцию можно дополнительно распространить для обеспечения К каналов пилот-сигнала, использующих соответственно более длинные (например, 64*К) последовательности Уолша пилот-сигнала. В типовом примере осуществления последовательности нулевых значений (например, РР и РРРР) резервируются для "исходного" канала пилот-сигнала (например, для более широкого лепестка или ненаправленной передачи) для поддержания совместимости со стандартом IS-95.

Многие преимущества обеспечиваются каналами пилот-сигнала, генерируемыми в соответствии с настоящим изобретением. Во-первых, на количество последовательностей Уолша, имеющихся для других кодовых каналов, не влияют (или их не уменьшают) дополнительные каналы пилот-сигнала. Во-вторых, в типовом примере осуществления один и тот же сдвиг ПШ используется для всех каналов пилот-сигнала, так что поиск пилот-сигналов игольчатых главных лепестков, секторов и пикоячеек упрощается. В-третьих, упрощается добавление или удаление лепестков, секторов или пикоячеек в или из активного и/или потенциального множеств удаленной станции. И, наконец, помеха канала пилот-сигнала в соседние зоны является минимальной, поскольку каналы пилот-сигнала являются ортогональными. Помеха каналов трафика также минимальна, если каналы трафика в соседних зонах используют различные каналы Уолша. Эти преимущества описываются ниже.

Ссылаясь на фигуры, фиг.1А является схемой типовой сотовой ячейки МДКР. Передача прямой линии связи из базовой станции 4 в удаленную станцию 6 может содержать более широкий лепесток (или ненаправленный лепесток) 12 и игольчатые главные лепестки 14а и 14b. Как изображено на фиг.1А, игольчатые главные лепестки 14 могут быть направлены в различные географические зоны обслуживания и могут иметь различные размеры. Игольчатые главные лепестки 14 могут использоваться для увеличения пропускной способности и повышения производительности. Базовая станция 4 может передавать в ноль или более удаленных станций 6 внутри любого лепестка. Например, на фиг.1А базовая станция 4 передает в удаленную станцию 6а, используя более широкий лепесток 12, в удаленные станции 6b и 6с, используя игольчатый главный лепесток 14а, и в удаленную станцию 6d, используя игольчатый главный лепесток 14b.

Фиг. 1В является схемой другой типовой сотовой ячейки МДКР. Сотовая ячейка МДКР может быть разделена на секторы 16 способом, описанным в вышеупомянутом патенте US 5621752. Пикоячейка 18 является локализованной передачей, которая вставляется внутри сектора 16а. Как изображено на фиг.1В, базовая станция 4 может передавать в ноль или более удаленных станций 6 внутри любого сектора 16 или пикоячейки 18. Например, на фиг.1В базовая станция 4 передает в удаленную станцию 6е в секторе 16а, в удаленные станции 6f и 6g в секторе 16b, в удаленную станцию 6h в секторе 16с и в удаленную станцию 6i в секторе 16а и пикоячейке 18.

Блок-схема типового технического обеспечения передачи прямой линии связи и приема изображена на фиг.2. Внутри базовой станции 4 источник данных 110 содержит данные, передаваемые в удаленную станцию 6. Данные подаются в элемент 112 канала, который разделяет данные, ЦИК (циклический избыточный код) кодирует данные и вставляет хвостовые биты кода, как требует система. Элемент 112 канала затем кодирует сверткой данные, биты контроля по четности ЦИК и хвостовые биты кода, перемежает закодированные данные, скремблирует перемеженные данные с помощью пользовательской длинной ПШ последовательностью и покрывает скремблированные данные последовательностью Уолша. Данные канала трафика и канала пилот-сигнала, соответствующие каждой специализированной передаче, (например, каждому игольчатому главному лепестку, сектору или пикоячейке) объединяются и подаются в модулятор и передатчик (мод. и пер. ) 114 (для простоты на фиг.2 изображен только один). Каждый модулятор и передатчик 114 расширяет покрытые данные короткими последовательностями ПШ_I и ПШ_Q. Расширенные данные затем модулируются синфазными и квадратурными синусоидами, и модулированный сигнал фильтруется, преобразуется с повышением частоты и усиливается. Сигнал прямой линии связи передается по прямой линии связи 120 через антенну 116.

В удаленной станции 6 сигнал прямой линии связи принимается антенной 132 и подается в приемник (пр.) 134. Приемник 134 фильтрует, усиливает, преобразует с понижением частоты, квадратурно демодулирует и квантует сигналы. Преобразованные в цифровой вид данные подаются в демодулятор (демод.) 136, который сжимает данные короткими последовательностями ПШ_I и ПШ_Q, раскрывает сжатые данные последовательностью Уолша и свертывает раскрытые данные раскрытым пилот-сигналом. Свернутые данные из различных корреляторов внутри демодулятора 136 объединяются и дескремблируются пользовательской длинной ПШ последовательностью. Дескремблированные (или демодулированные) данные подаются в декодер 138, который выполняет обратное преобразование кодирования, выполняемого внутри элемента канала 112. Декодированные данные подаются в приемник 140 данных.

Блок-схема типового элемента 112 канала изображена на фиг.3. В типовом примере осуществления элемент 112 канала содержит, по меньшей мере, один канал трафика (или кодовый канал) 212 и, по меньшей мере, один канал пилот-сигнала 232. Внутри каждого канала трафика 212 кодер 214 ЦИК принимает данные трафика, выполняет кодирование ЦИК и может вставить множество хвостовых битов кода в соответствии со стандартом IS-95. Закодированные данные ЦИК подаются в сверточный кодер 216, который кодирует данные сверточным кодом. В типовом примере осуществления сверточный код определяется стандартом IS-95. Закодированные данные подаются в перемежитель 218, который переупорядочивает кодовые символы в закодированных данных. В типовом примере осуществления перемежитель 218 является блочным перемежителем, который переупорядочивает кодовые символы в блоках из 20 мс закодированных данных. Чередующиеся (перемеженные) данные подаются в умножитель 220, который скремблирует данные пользовательской длинной ПШ последовательностью. Скремблированные данные подаются в умножитель 222, который покрывает данные последовательностью Уолша, назначенной этому каналу трафика 212. Покрытые данные подаются в усилительный элемент 224, который масштабирует данные таким образом, что поддерживается требуемое отношение энергии на бит к шуму Еb/Io в удаленной станции 6, в то же время минимизируя мощность передачи. Масштабированные данные подаются в переключатель 230, который направляет данные из канала трафика 212 в соответствующий сумматор 240. Сумматоры 240 суммируют сигналы из всех каналов трафика 212 и каналов пилот-сигнала 232, предназначенных для специализированной передачи. Результирующий сигнал из каждого сумматора 240 подается в модулятор и передатчик 114, который работает описанным выше способом.

Элемент 212 канала содержит, по меньшей мере, один канал пилот-сигнала 232. Требуемое количество каналов пилот-сигнала 232 зависит от требований системы. Для каждого канала пилот-сигнала 232 данные пилот-сигнала подаются в умножитель 234, который покрывает данные последовательностью Уолша пилот-сигнала. В типовом примере осуществления данные пилот-сигнала для всех каналов пилот-сигнала 232 являются одинаковыми и содержат последовательность единичных значений. Покрытые данные пилот-сигнала подаются в усилительный элемент 236, который масштабирует данные пилот-сигнала коэффициентом масштабирования для поддержания требуемого уровня пилот-сигнала. Масштабированные данные пилот-сигнала подаются в переключатель 230, который направляет данные из канала пилот-сигнала 232 в соответствующий сумматор 240.

Техническое обеспечение, которое описано выше, является одним из многих примеров осуществления, которые обеспечивают многочисленные специализированные передачи из базовой станции 4. Другие структуры технического обеспечения могут быть также спроектированы для выполнения описанных здесь функций. Эти различные структуры находятся в рамках настоящего изобретения.

B типовом примере осуществления последовательность Уолша, обеспечиваемая в каждый канал трафика 212, является последовательностью Уолша из 64-х бит, как определено стандартом IS-95. В типовом примере осуществления нулевая последовательность Уолша резервируется для каналов пилот-сигнала. В типовом примере осуществления последовательность Уолша пилот-сигнала, обеспечиваемая в каждый канал пилот-сигнала 232, генерируется из конкатенации последовательностей из 64-х бит нулевых значений и единичных значений. Требуемое количество каналов пилот-сигнала определяет минимальную длину последовательности Уолша пилот-сигнала. В типовом примере осуществления для двух каналов пилот-сигнала длина последовательности Уолша пилот-сигнала равна 128 битам, а для четырех каналов пилот-сигнала длина последовательности Уолша пилот-сигнала равна 256 битам. Длина последовательности Уолша пилот-сигнала может быть обобщена как 64*К, где К равно количеству каналов пилот-сигнала, требуемых базовой станцией 4, и равно показателю степени двух. Для четырех каналов пилот-сигнала последовательности Уолша пилот-сигнала могут быть РРРР, РМРМ, РРММ и РМНР, где Р и М определены выше.

В типовом примере осуществления пилот-сигнал передается с каждой специализированной передачей. Ссылаясь на фиг.1А, игольчатые главные лепестки 14а и 14b требуют передачи двух дополнительных пилот-сигналов. Дополнительная мощность передачи требуется для дополнительных пилот-сигналов. Однако из-за более высокого коэффициента направленности антенны, связанного с направленностью игольчатых главных лепестков 14, требуемая мощность передачи для пилот-сигнала и сигнала прямой линии связи для каждого игольчатого главного лепестка 14 уменьшается с помощью коэффициента направленности антенны. Таким образом, более высокая пропускная способность может быть достигнута даже при наличии дополнительных передач пилот-сигналов. Фактически в настоящем изобретении мощность передачи прямых каналов трафика канала пилот-сигнала может регулироваться (возможно динамически) в соответствии с направленностью специализированной передачи (например, коэффициентом направленности антенны игольчатого главного лепестка).

Блок-схема типового демодулятора внутри удаленной станции 6 изображена на фиг. 4. Сигнал прямой линии связи принимается антенной 132 и подается в приемник 134, который обрабатывает сигнал описанным выше способом. Преобразованные в цифровой вид данные I и Q подаются в демодулятор 136. Внутри демодулятора 136 данные подаются, по меньшей мере, в один коррелятор 310. Каждый коррелятор 310 обрабатывает различную многомаршрутную составляющую принимаемого сигнала. Внутри коррелятора 310 данные подаются в комплексный сопряженный умножитель 320, который перемножает данные I и Q с короткими последовательности ПШ_I и ПШ_Q для получения сжатых данных I и Q. Комплексное сопряженное умножение удаляет расширение, выполняемое комплексным умножителем внутри модулятора и передатчика 114.

Сжатые данные I и Q подаются в умножители 322а и 322b и корреляторы 326а и 326b пилот-сигнала соответственно. Умножители 322а и 322b перемножают данные I и Q с последовательностью Уолша (Wx), назначенной для этого коррелятора 310. Данные I и Q из умножителей 322а и 322b подаются в накопители (накоп.) 324а и 324b соответственно. В типовом примере осуществления накопители 324 накапливают данные, в течение интервала из 64-х элементарных сигналов, длины последовательности Уолша. Раскрытые данные I и Q из накопителей 324 подаются в схему 328 точечного произведения. Корреляторы 326а и 326b пилот-сигнала раскрывают данные I и Q последовательностью Уолша пилот-сигнала (PWy), назначенной для этого коррелятора 310, и фильтруют раскрытый пилот-сигнал.

Работа корреляторов 326 пилот-сигнала описывается ниже. Отфильтрованный пилот-сигнал подается в схему 328 точечного произведения. Схема 328 точечного произведения вычисляет точечное произведение двух векторов (пилот-сигнала и данных) способом, известным в данной области техники. Типовой пример осуществления схемы 328 точечного произведения описывается подробно в патенте US 5506865, озаглавленном "Схема точечного произведения несущей пилот-сигнала". Схема 328 точечного произведения проецирует вектор, соответствующий раскрытым данным, в вектор, соответствующий отфильтрованному пилот-сигналу, умножает амплитуду векторов и подает скалярный выходной сигнал со знаком в объединитель 330. Объединитель 330 объединяет выходные сигналы из корреляторов 310, которые были назначены для демодуляции принимаемого сигнала, и направляет объединенные данные в устройство 328 сжатия длинной ПШ последовательности. Устройство 328 сжатия длинной ПШ последовательностью сжимает данные длинной ПШ последовательностью и подает демодулированные данные в декодер 138.

Работа коррелятора 326 пилот-сигнала описывается следующим образом. В типовом примере осуществления пилот-сигналы из специализированных передач расширяются одной и той же короткой ПШ последовательностью, но покрываются различными последовательностями Уолша пилот-сигнала. Для каждого интервала последовательности, который равен 64 элементарным сигналам по длительности для типовой последовательности Уолша IS-95, пилот-сигналы из синфазных и квадратурных каналов накапливаются и запоминаются как значения пилот-сигнала I и Q соответственно. Значения I и Q пилот-сигнала для текущего интервала последовательности объединяются значениями I и Q пилот-сигнала для предыдущих интервалов последовательности в соответствии с исследуемой гипотезой пилот-сигнала. В качестве примера, допустим, что I₀ и Q₀ являются значениями пилот-сигнала, накопленными для текущего интервала последовательности, а I₁ и Q₁, I₂ и Q₂ и I₃ и Q₃ являются значениями пилот-сигнала, накопленными для непосредственно предшествующих трех интервалов последовательности. Тогда для гипотезы пилот-сигнала РРРР раскрытый пилот-сигнал содержит Id, PPPP= I₀+I₁+I₂+I₃ и Qd, PPPP=Q₀+Q₁+Q₂+Q₃. Аналогично для гипотезы пилот-сигнала РМРМ раскрытый пилот-сигнал содержит Id, PMPM= I₀-I₁+I₂-I₃ и Qd, PMPM= Q₀-Q₁+Q₂-Q₃. Таким образом, раскрытый пилот-сигнал для всех гипотез пилот-сигнала может быть вычислен из одного множества значений пилот-сигнала I и Q. Энергия раскрытого пилот-сигнала может быть вычислена как Ер=Id² и Qd².

Многие преимущества обеспечиваются каналами пилот-сигнала, генерируемыми в соответствии с настоящим изобретением. Во-первых, количество последовательностей Уолша, имеющихся для других кодовых каналов, не изменяется (или уменьшается), поскольку по-прежнему имеются 63 для каналов трафика и только нулевая последовательность Уолша используется для каналов пилот-сигнала. Это особенно важно, когда пропускная способность в зависимости от количества удаленных станций, которые могут поддерживаться базовой станцией 4, подразумевается увеличивающейся при минимальных изменениях в структуре МДКР, как определяется стандартом IS-95.

Во-вторых, в типовом примере осуществления один и тот же сдвиг короткой ПШ последовательности используется для всех каналов пилот-сигнала, так что поиск и различение пилот-сигналов из специализированных передач упрощается. Из уровня техники известно, что в разделенных на секторы сотовых ячейках пилот-сигнал каждого сектора расширяется короткими последовательностями ПШ, имеющими различные сдвиги. В удаленной станции 6 поиск пилот-сигналов требует сжатия принимаемого сигнала различными короткими ПШ последовательностями, причем каждая имеет различный сдвиг, соответствующий сдвигу сектора. В типовом примере осуществления пилот-сигналы специализированных передач расширяются одними и теми же короткими ПШ последовательностями, но покрываются различными последовательностями Уолша пилот-сигнала. Таким образом, пилот-сигнал сжимается только один раз и раскрытый пилот-сигнал для различных гипотез пилот-сигнала может быть вычислен из общего множества значений I и Q пилот-сигнала, как описано выше.

В-третьих, добавление или удаление игольчатых главных лепестков, секторов и пикоячеек в или из активного множества и/или потенциального множества удаленной станции 6 упрощается настоящим изобретением. В типовом примере осуществления удаленная станция 6 может обрабатывать пилот-сигналы, покрытые последовательностью Уолша пилот-сигнала способом, аналогичным пилот-сигналам из других секторов и сотовых ячеек. Конкретно, множество активных и потенциальных пилот-сигналов может поддерживаться сравнением энергии, полученной коррелятором 326 пилот-сигнала устройства поиска с множеством заданных порогов. Если энергия Ер пилот-сигнала выше порога добавления, специализированная передача, соответствующая этому пилот-сигналу может быть добавлена к активному/потенциальному множеству удаленной станции 6. Или же, если энергия Ер пилот-сигнала ниже порога удаления, специализированная передача, соответствующая этому пилот-сигналу, может быть удалена из активного/потенциального множества. Аналогично, переключение канала связи между специализированными передачами можно обрабатывать способом, аналогичным способу, выполняемому в системах IS-95.

I. Вспомогательные пилот-сигналы для сотовых ячеек, разделенных на секторы
Настоящее изобретение может использоваться для обеспечения повышения производительности для сотовых ячеек, разделенных на секторы. В соответствии со стандартом IS-95, каждая сотовая ячейка, разделенная на секторы, использует различный ПШ сдвиг общей ПШ последовательности на прямой линии связи. Эта структура не обеспечивает сигналы прямой линии связи, которые являются ортогональными друг к другу, и это может ограничивать производительность линии связи. Например, если удаленная станция 6 находится близко к базовой станции 4, потеря маршрута является небольшой. Это дает возможность передач данных высокой скорости через линии связи. Однако, если удаленная станция 6 находится между двумя секторами, удаленная станция 6 принимает значительную величину помехи не ортогонального сигнала. Эта помеха неортогонального сигнала, скорее чем тепловой шум, ограничивает максимальную скорость передачи данных, которую может обеспечивать линия связи. Если секторы передают сигналы, которые являются ортогональными друг к другу, помеха сигнала другого сектора минимизируется и передачи данных на более высокой скорости являются возможными почти при тепловом шуме и некоторой остаточной помехе неортогонального сигнала. С ортогональными сигналами производительность в зонах, покрытых более чем одной антенной, также повышается посредством разнесения, обеспечиваемого многочисленными маршрутами.

Ортогональные сигналы обеспечиваются использованием различных ортогональных вспомогательных пилот-сигналов для секторов при использовании различных каналов Уолша трафика для трафика в соседних секторах и при минимизации разности времени между сигналами, принимаемыми из соседних секторов. Эта разность времени может быть достигнута с помощью использования секторных антенн, которые находятся очень близко друг к другу, так что задержка маршрута между антеннами меньше, чем период элементарного сигнала. Синхронизация секторов может также регулироваться для компенсации разностей времени.

II. Вспомогательные пилот-сигналы для пикоячеек
Настоящее изобретение может использоваться для обеспечения дополнительных пилот-сигналов для пикоячеек. Пикоячейка может содержать локализованную зону обслуживания, которая может использоваться для обеспечения дополнительных услуг. Пикоячейка может находиться (или вставляться) внутри макроячейки, а макроячейка может быть сотовой ячейкой, сектором или лепестком. В одном примере реализации сотовая ячейка может реализовываться при использовании различных частот передачи. Однако это может быть невыполнимо или экономически непрактично. Настоящее изобретение может использоваться для обеспечения отдельных пилот-сигналов для пикоячеек.

В типовом примере осуществления множество последовательностей Уолша, которые не используются макроячейкой, могут использоваться пикоячейкой. В типовом примере осуществления пикоячейка выравнивает свою синхронизацию передачи с синхронизацией передачи макроячейки. Это может быть выполнено одним или многими примерами осуществления. В типовом примере осуществления приемник в пикоячейке принимает сигналы прямой линии связи из пикоячейки и макроячейки и регулирует синхронизацию пикоячейки так, что она выравнивается с синхронизацией макроячейки. После выравнивания времени передач пикоячейки с передачами макроячейки передачи из пикоячейки могут быть сделаны ортогональными к передачам макроячейки в центре пикоячейки с помощью использования ортогональных вспомогательных пилот-сигналов и различных каналов Уолша трафика для данных в сотовых ячейках.

Диаграмма пикоячейки 18, вставленной внутри макроячейки (или сектора 16а) изображена на фиг.1В. Линия 20 проходит через центр пикоячейки 18. Диаграмма отношения энергии на бит к полной плотности помехи Еb/Nt удаленной станции 6 вдоль линии 20 изображена на фиг.5. На фиг.5 изображены Eb/Nt пикоячейки, которая излучает способом, являющимся ортогональным к макроячейке, и пикоячейки, которая не излучает ортогонально к макроячейке.

Фиг. 5 изображает, что имеется только небольшое снижение производительности от пользователя ортогональной ячейки к пользователю макроячейки (или удаленной станции), если пользователь макроячейки входит в пикоячейку. Заметим, что имеется значительный спад Eb/Nt, если удаленная станция в макроячейке находится почти в том же местоположении, что и пикоячейка. Это обусловлено очень сильным сигналом из пикоячейки и допущением, что пикоячейка и макроячейка не могут быть сделаны совершенно ортогональными. На фиг.5 предполагается, что имеется минимальная связь из пикоячейки в макроячейку. В типовом примере осуществления минимальная связь дается как 0,01. Таким образом, по меньшей мере, 1% мощности пикоячейки является не ортогональным к мощности макроячейки. Однако, если пикоячейка не ортогональна, удаленная станция в макроячейке принимает существенную величину можности из пикоячейки. Фиг. 5 изображает, что если удаленная станция находится в пределах примерно 40 м от пикоячейки, макроячейка должна передавать значительную величину энергии для того, чтобы поддерживать связь с удаленной станцией. С ортогональной пикоячейкой зона, где макроячейка должна передавать много энергии, снижается почти до двух метров. Аналогично имеется существенное увеличение диапазона для пользователя пикоячейки при наличии ортогонального излучения пикоячейки в макроячейку. Пример фиг.5 показывает, что диапазон увеличивается приблизительно на 50%, если удаленная станция находится ближе к макроячейке, и увеличивается существенно больше в другом направлении.

Фиг. 5 изображает эффект вдоль линии 20, проходящей через пикоячейку 18. Однако, если мобильная станция не находится на линии 20, производительность может быть вычислена. Для данного расстояния от пикоячейки производительность будет ограничиваться производительностью, заданной для удаленной станции на том же самом расстоянии, но на линии 20, и находящейся ближе к макроячейке и дальше от макроячейки.

Настоящее изобретение описано в контексте нулевой последовательности Уолша, которая резервируется для канала пилот-сигнала в системах IS-95. Другие последовательности Уолша могут также использоваться для генерации последовательностей Уолша пилот-сигнала настоящего изобретения. Выбранная последовательность Уолша и ее дополнительная последовательность могут использоваться для генерации последовательностей Уолша пилот-сигнала способом, описанным выше. В типовом примере осуществления дополнительная последовательность получается инвертированием каждого бита в выбранной последовательности Уолша. Или же дополнительная последовательность может быть второй базовой последовательностью Уолша. В итоге, другие базовые последовательности Уолша могут использоваться и находятся в рамках настоящего изобретения.

Несмотря на то, что настоящее изобретение описано в контексте системы МДКР, которая соответствует стандарту IS-95, настоящее изобретение может быть распространено на другие системы связи. Последовательности Уолша пилот-сигнала могут генерироваться из базовой последовательности Уолша, которая в типовой системе IS-95 равна 64 элементарным сигналам по длине. Базовые последовательности Уолша различных длин также могут использоваться и находятся в рамках настоящего изобретения. Кроме того, ортогональная последовательность или приблизительно ортогональная последовательность также могут использоваться и находятся в рамках настоящего изобретения.

Предшествующее описание предпочтительных примеров осуществления предложено для того, чтобы дать возможность любому специалисту в данной области техники изготовить или использовать настоящее изобретение. Различные модификации в эти примеры осуществления будут легко очевидны для специалистов в данной области техники, и общие принципы, определенные здесь могут применяться в других примерах осуществления без использования изобретательской способности. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение не ограничивается показанными здесь примерами осуществления, а должно соответствовать самым широким рамкам, согласующимся с принципами и новыми признаками, раскрытыми здесь.

Способ и устройство для обеспечения ортогональных игольчатых главных лепестков, секторов и пикоячеек. Передачи можно сделать ортогональными посредством использования ортогональных вспомогательных пилот-сигналов и различных каналов Уолша для графика в соседних зонах. В соответствии со стандартом IS-95 пилот-сигнал покрывается нулевой последовательностью Уолша из 64 элементарных сигналов. Последовательность Уолша из 64 элементарных сигналов нулевых значений может быть обозначена как Р, а последовательность из 64 элементарных сигналов единичных значений может быть обозначена как М. В настоящем изобретении дополнительные пилот-сигналы могут быть получены с помощью конкатенации последовательностей из 64 элементарных сигналов нулевых значений Р и единичных значений М. Таким образом, для двух пилот-сигналов могут использоваться последовательности Уолша пилот-сигнала РР и РМ. Для четырех пилот-сигналов могут использоваться последовательности Уолша пилот-сигнала РРРР, РМРМ, РРММ и РММР. Настоящее изобретение может быть расширено так, что любое требуемое количество последовательностей Уолша пилот-сигнала может генерироваться с помощью замены каждого бита в последовательности Уолша из К бит последовательностями из 64 элементарных сигналов нулевых значений Р и единичных значений М в зависимости от значения этого бита.Техническим результатом является обеспечение дополнительных ортогональных каналов пилот-сигнала без уменьшения количества ортогональных каналов Уолша, имеющихся для каналов трафика и управления. 5 с.и 24 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ обеспечения вспомогательного пилот-сигнала, заключающийся в том, что принимают данные пилот-сигнала и покрывают данные пилот-сигнала последовательностью Уолша пилот-сигнала, причем последовательность Уолша пилот-сигнала содержит конкатенированную последовательность основной последовательности Уолша и дополнительной последовательности основной последовательности Уолша. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что основная последовательность Уолша содержит последовательность нулевых значений. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что основная последовательность Уолша равна 64 элементарным сигналам по длине. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что последовательность Уолша пилот-сигнала равна 128 элементарным сигналам по длине. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что последовательность Уолша пилот-сигнала равна 256 элементарным сигналам по длине. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что последовательность Уолша пилот-сигнала равна К раз по 64 элементарных сигнала по длине, где К - количество имеющихся последовательностей Уолша пилот-сигнала. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что последовательность Уолша пилот-сигнала содержит последовательность из К бит отображения кода Уолша, причем каждый бит последовательности из К бит заменяют основной последовательностью Уолша или дополнительной последовательностью в зависимости от значения упомянутого бита. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительную последовательность получают инвертированием каждого бита в основной последовательности Уолша. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительная последовательность является второй основной последовательностью Уолша. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулируют коэффициент усиления вспомогательного пилот-сигнала на основе коэффициента усиления специализированной передачи, в которой передают вспомогательный пилот-сигнал. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что последовательность Уолша пилот-сигнала является минимальной, основанной на количестве требуемых каналов пилот-сигнала. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что для каждой специализированной передачи обеспечивают один вспомогательный пилот-сигнал. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что данные пилот-сигнала для всех вспомогательных пилот-сигналов являются одинаковыми. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что данные пилот-сигнала для всех вспомогательных пилот-сигналов содержат последовательность единичных значений. 15. Способ по п.1, отличающийся тем, что данные пилот-сигнала для всех вспомогательных пилот-сигналов содержат последовательность нулевых значений. 16. Способ приема вспомогательного пилот-сигнала, заключающийся в том, что принимают пилот-сигнал и обеспечивают данные пилот-сигнала, накапливают данные пилот-сигнала в течение длины основной последовательности Уолша для обеспечения значений I и Q пилот-сигнала, накапливают значения I и Q пилот-сигнала для текущего интервала и предыдущего интервала, в соответствии с гипотезой пилот-сигнала для обеспечения раскрытого пилот-сигнала. 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что длина основной последовательности Уолша равна 64 элементарным сигналам. 18. Способ по п.16, отличающийся тем, что раскрытый пилот-сигнал сравнивают с множеством заданных порогов. 19. Способ по п.16, отличающийся тем, что добавляют специализированную передачу, соответствующую раскрытому пилот-сигналу, к потенциальному множеству, если раскрытый пилот-сигнал превышает порог добавления. 20. Способ по п. 16, отличающийся тем, что удаляют специализированную передачу, соответствующую раскрытому пилот-сигналу, из потенциального множества, если раскрытый пилот-сигнал ниже порога удаления. 21. Способ по п.16, отличающийся тем, что добавляют специализированную передачу, соответствующую раскрытому пилот-сигналу, к активному множеству, если раскрытый пилот-сигнал превышает порог добавления. 22. Способ по п. 16, отличающийся тем, что удаляют специализированную передачу, соответствующую раскрытому пилот-сигналу, из активного множества, если раскрытый пилот-сигнал ниже порога удаления. 23. Устройство для приема вспомогательного пилот-сигнала, содержащее приемник для приема пилот-сигнала и обеспечения данных пилот-сигнала и коррелятор пилот-сигнала для приема данных пилот-сигнала и обеспечения раскрытого пилот-сигнала, причем коррелятор пилот-сигнала дополнительно содержит первый накопитель для накопления данных пилот-сигнала в течение длины основной последовательности Уолша для обеспечения значений I и Q пилот-сигнала, втopoй накопитель для накопления значений I и Q пилот-сигнала для текущего интервала и предыдущего интервала в соответствии с гипотезой пилот-сигнала для обеспечения раскрытого пилот-сигнала. 24. Способ обеспечения ортогональных специализированных передач, заключающийся в том, что покрывают каналы трафика каждой специализированной передачи различными последовательностями Уолша и покрывают пилот-сигналы каждой специализированной передачи различными последовательностями Уолша пилот-сигнала. 25. Способ по п.24, отличающийся тем, что последовательности Уолша получают из основной последовательности Уолша. 26. Способ по п.25, отличающийся тем, что основная последовательность Уолша является нулевой последовательностью Уолша. 27. Способ обеспечения повышенной производительности в специализированной передаче, заключающийся в том, что покрывают каналы трафика специализированной передачи последовательностями Уолша, ортогональными последовательностями Уолша окружающих передач и покрывают пилот-сигнал специализированной передачи последовательностью Уолша пилот-сигнала, ортогональной последовательностям Уолша пилот-сигнала окружающих передач. 28. Способ по п.27, отличающийся тем, что последовательность Уолша пилот-сигнала получают из основной последовательности Уолша. 29. Способ по п.28, отличающийся тем, что основная последовательность Уолша является нулевой последовательностью Уолша.