数据传输方法和布局 【技术领域】
本发明涉及在无线电系统的接收器和/或发射器中进行信号处理的方法和电路布局。
背景技术
未来的无线电系统将甚至在同一个载波上同时传输不同类型的信号。例如，可以以各种方式对信号进行加密、调制、功率限定，或者，它们可以属于不同的质量类别。可以同时发送语音、数据和图像，可以在发射器和在接收器中以各种方式对它们进行处理。多个不同的无线电系统标准可以同时使用，例如，在数据包、视频图像和语音中，它们中的每一个都具有一个标准。在实践中会出现如何实现其中以不同的方式处理信号的系统的问题。
【发明内容】
本发明的目的是提供改善的方法和改善的电路布局。本发明的一个方面是在无线电系统接收器和/或发射器中处理信号的方法。该方法包括为不同地电路布局节点确定至少一个要执行的操作，为信号类确定一个或多个分离标准，根据信号类的一个或多个分离标准分离至少一个信号或信号分量，按信号类在电路布局节点中执行预先确定的操作。
本发明的一个方面是在无线电系统接收器和/或发射器中处理信号的方法。该方法包括为不同的电路布局节点确定至少一个要执行的操作，从电路布局中选择修改级别，合并所选择的修改级别节点，删除不相关的节点和节点之间的链路和/或添加新链路，为信号类确定用于分离信号或信号分量的一个或多个分离标准，根据信号类的一个或多个分离标准分离至少一个信号或信号分量，按信号类在电路布局节点中执行预先确定的操作。
本发明的一个方面是用于在无线电系统接收器和/或发射器中进行信号处理的电路布局。电路布局的节点这样组织，以执行至少一个操作，电路布局包括用于根据信号类的一个或多个预先确定的分离标准分离至少一个信号或信号分量的装置，电路布局包括用于按信号类执行预先确定的操作的装置。
在相关的权利要求中提供了本发明的优选实施例。
本发明基于这样的思想：根据需要，将信号或信号分量分类为不同的信号类，按信号类执行各种操作。信号类的分离标准包括，例如，载波、调制方法或是否需要进行功率限制。
本发明的优点的一个示例是，信号处理可以得到增强，特别是，在使用多个无线电标准的系统中，或者在由于其他原因必须以各种方式处理信号的系统中。
【附图说明】
在下文中，将参考附图并通过示例描述本发明的优选实施例，其中
图1是无线电系统的结构的简化方框图；
图2是WCDMA无线电系统的结构的简化方框图；
图3是通过节点描述的基站的示例；
图4是流程图；
图5是树形体系结构的示例；
图6是循环体系结构的示例；
图7A到7B是体系结构的修改的示例。
【具体实施方式】
由于第二和第三代的无线电系统以及它们的各种混合型(即，2.5代的无线电系统)在世界范围内使用，并在稳定的发展中，在图1中以简化的无线电系统描述了实施例，并行地包括了不同代的网络元素。在描述中，第二代的无线电系统由GSM(全球移动通信系统)代表，第三代无线电系统由基于GSM的无线电系统代表，使用用于提高数据传输速率的EDGE技术(全球发展的增强的数据速率)，也可以用于在GPRS系统(通用分组无线电系统)中实现数据包传输。有时EDGE系统被当成2.5代系统。第三代无线电系统还由至少被称为IMT-2000(国际移动电信2000)和UMTS(通用移动电信系统)的无线电系统代表。然而，实施例不仅局限于作为示例给出这些系统，那些精通本技术的人员可以在具有必需的属性的其他无线电系统中应用解决方案。
图1是简化方框图，描述了无线电系统的最重要的网络元素以及它们之间的接口。没有详细描述网络元素的结构和功能，因为它们是人们所共知的。
无线电系统的主要部件是核心网络(CN)100、无线接入网络130和用户设备(UE)170。术语UTRAN是UMTS陆地无线接入网络的缩写，即，无线接入网络属于第三代，是通过宽带码分多址WCDMA来实现的。图1进一步显示了基站系统160，它属于2/2.5代，是通过时分多路TDMA来实现的。
一般来说，无线电系统也可以按如下方式定义：无线电系统包括用户终端(也叫做“订户终端”或移动站)，还包括网络部件，该部件包括无线电系统的固定基础结构(即，核心网络)、无线接入网络和基站系统。
核心网络100的结构对应于GSM和GPRS系统的组合结构。GSM的网络元素负责实现电路交换连接，GPRS的网络元素负责实现分组交换连接。然而，某些网络元素包括在两个系统中。
移动服务交换中心(MSC)102是核心网络100的电路交换端的中心。可以使用相同的移动服务交换中心102来充当无线接入网络130和基站系统160的连接。移动服务交换中心102的任务通常包括交换、寻呼、用户终端位置注册、转移管理、用户记帐信息的收集、数据加密参数管理、频率分配管理和回波消除。
移动服务交换中心102的数量可以有所不同：小型的网络运营商可以只有一个移动服务交换中心102，而大型核心网络100可以具有多个移动服务交换中心102。图1显示了另一个移动服务交换中心106，但没有显示其到其他网络元素的连接，以使图1足够清楚。
大型核心网络100可以包括单独的网关移动服务交换中心(GMSC)110，负责核心网络100和外部网络180之间的电路交换连接。网关移动服务交换中心110位于移动服务交换中心102、106和外部网络180之间。外部网络180可以是，例如，公共陆地移动网PLMN或公用交换电话网PSTN。
核心网络100通常也包括其他部件，如原始位置寄存器HLR(包括永久订户寄存器)、如果无线电系统支持GPRS，则包括PDP地址(PDP＝分组数据协议)，来宾位置寄存器VLR(包括有关用户终端170在移动服务交换中心102的区域漫游的信息)。图1没有显示核心网络的所有部件，以使它保持清楚。
服务GPRS支持节点(SGSN)118是核心网络100的分组交换端的中心。服务GPRS支持节点118的主要任务是用支持分组交换传输的用户终端170并利用无线接入网络130或基站系统160传输和接收数据包。服务GPRS支持节点118包括有关用户终端170的订户信息和位置信息。
分组交换端的网关GPRS支持节点(GGSN)120对应于电路交换端的网关移动服务交换中心110，例外是，网关GPRS支持节点120必须能够从核心网络100向外部网络182路由出局的通信，而网关移动服务交换中心110通常只路由入局的通信。在示例中，外部网络182由因特网代表，通过因特网，将来可以传输无线电话通信的相当大的部分。
基站系统160包括基站控制器(BSC)166和基本收发器站(BTS)162、164。基站控制器166控制基本收发器站162、164。原则上，实现无线电路径的设备和它们的功能应该位于基本收发器站162、164和基站控制器166中的管理设备。实现方式自然可以脱离此原理。
基站控制器166通常负责下列任务，例如：基本收发器站162、164的无线资源的管理，单元之间的转移，频率管理，即，向基本收发器站162、164分配频率，跳频序列的管理，上行链路上的时间延迟测量，运行和维护接口的实现，以及功率控制的管理。
基站162、164至少包括一个构成一个载波的收发器。在GSM系统中，一个载波通常包括八个时隙，即，八个物理信道。一个基站162、164可以服务一个单元或多个分区的单元。单元直径可以从几米到几十公里不等。基站162、164常常也包括代码转换器，用于在无线电系统中所使用的语音编码格式和公用交换电话系统中所使用的语音编码格式执行转换。然而，在实践中，代码转换器在物理上通常位于移动服务交换中心102中。基站162、164通常负责下列任务，例如：计算TA(时间超前)、上行链路上的测量、信道编码、加密、解密和跳频。
无线接入网络130包括无线电网络子系统140、150。每一个无线电网络子系统140、150都包括无线电网络控制器(RNC)146、156和B节点142、144、152、154。B节点是一个相当抽象的概念，常常用术语“基站”替代。
在功能上无线电网络控制器140、150大致对应于GSM系统的基站控制器166，B节点142、144、152、154大致对应于GSM系统的基站162、164。也可以有这样的解决方案，同一台设备既充当基站，也充当B节点，即，设备可以同时实现TDMA和WCDMA无线电接口。
用户终端170包括两个部件：移动设备(ME)172和UMTS订户身份模块(USIM)174。在GSM系统中，自然使用系统的身份模块。用户终端170至少包括一个收发器，用于建立到无线接入网络130或到基站系统160的无线电连接。用户终端170可以包括至少两个不同的订户身份模块。此外，用户终端170还包括天线、用户界面和电池。目前有各种类型的用户终端170，例如，车载终端和便携式终端。用户终端170还具有类似于个人计算机或便携式计算机的属性的那些属性。
USIM 174包括有关用户的信息和有关数据安全性的信息，例如，特别是加密算法。
在下文中，在表1中提供了图1所示的不同网络元素之间的接口。那些精通本技术的人员很容易看出，无线电信系统中包括的接口是由硬件实现和所使用的标准确定的，因此，系统的接口可能不同于图1所示的那些接口。在UMTS中，最重要的接口是核心网络和无线接入网络之间的lu接口，该接口被分成电话交换端的IuCS(CS＝电路交换)接口和分组交换端的IuPS(PS＝分组交换)接口，以及无线接入网络和用户终端之间的Uu接口。在GSM中，最重要的接口是基站控制器和移动服务交换中心之间的A接口，基站控制器和服务GPRS支持节点之间的Gb接口，以及基站和用户终端之间的Um接口。接口定义了不同的网络元素可以使用什么样的消息来彼此进行通信。接口标准化的目标是在不同厂商的网络元素之间运行。然而，在实践中，某些接口是厂商特定的。
接口 在网络元素之间 Uu UE-UTRAN lu UTRAN-CN IuCS UTRAN-MSC IuPS UTRAN-SGSN Cu ME-USIM lur RNC-RNC lub RNC-B A BSS-MSC Gb BSC-SGSN A-bis BSC-BTS Um BTS-UE E MSC-MSC Gs MSC-SGSN PSTN MSC-GMSC PSTN GMSC-PLMN/PSTN Gn SGSN-GGSN Gi GGSN-INTERNET
表1
在下文中，将通过图2描述蜂窝WCDMA无线电信系统。图2显示了简化无线电系统的一部分，包括订户终端170、两个基站142、144和基站控制器146。第一基站142包括收发器202、天线204和控制块200。同样，第二基站144包括收发器212、天线214和控制块210。基站控制器146还包括控制块226。用户终端170还包括普通收发器222和用于实现无线电链路的天线，以及控制块220。收发器202、212、222使用CDMA技术(码分多址)。在CDMA技术中，即，在码分多址中，无线资源通过用户特定的代码被分配给每一个用户。该技术是人所共知的，因此，这里就不再对此进行详细描述。天线204、214、224可以通过通用的现有技术解决方案来实现，例如，作为全向天线或作为使用定向天线射束的天线来实现。
在无线电信系统中，由基站所产生的无线单元通常在一定程度上重叠，以提供广泛的覆盖范围。这在图2中由基站142所产生的无线单元206和由基站144所产生的无线单元216显示。在现有的无线电信系统中，无线电信连接是由在无线电连接上彼此进行通信的用户终端和基站建立的，即，不同的用户终端之间的呼叫或数据传输连接是通过基站建立的。这在图2中由无线连接208、218进行显示。具体来说，图2显示了这样的情况：用户终端170(可能是移动的)，通过无线电连接与第一基站142进行通信，同时测量此基站142和第二基站144的共同的pilot，以便为可能的转移作准备。在典型的情况下，当在新单元中有空闲容量并且新连接具有较好的质量时，用户终端的无线电连接切换到第二基站的载波。当用户终端移动或物理无线电信道作为时间函数改变时，信道和单元转移可使无线电连接保持连续。
控制块200、210、220、226指的是控制设备的操作的块，现在通常作为处理器以及其软件来实现，但是各种硬件解决方案也是可行的，例如，用单独的逻辑组件或一个或多个专用集成电路ASIC制造的电路。采用这些不同实现方式的组合也是可行的。当选择实现方法时，那些精通本技术的人员将考虑对设备的大小和功耗、必需的处理容量、生产成本和生产量等设置的要求。
在本领域的文献和标准中有有关无线电信系统的详细信息。
现在参考图3，将通过节点描述基站的示例。基站300包括输入端口302A、302B、302C，通过这些端口，基站从其他网络元素接收信号，如无线电网络控制器RNC、服务GPRS支持节点SGSN或网关GPRS支持节点GGSN。基站也包括输出端口324A、324B、324C，通过它们，信号被应用于无线电路径上的要向其传输的天线单元。要传输到基站的数据也可以是数据包的形式。由基站接收到的数据包是数字的和基带数据包。数据包通常包括地址部分和实际有效负载部分。对于分组交换数据，有多个标准，这里就不再详细描述。
在图3的示例中，假设基站包括节点304到322和它们之间的链路，这些链路由虚线表示。节点之间的链路可以是点对点链路或者总线。在实践中，总线结构是比较通用的。节点可以分成执行基带处理的节点和执行射频处理的节点。节点也可以是某些其他类型。
节点可以作为专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或作为其组合来实现。
基站的任务是将数据传输到无线电路径上，从而传输到接收者的订户终端上。因此，必须对数据进行无线电接口标准所需的修改操作，如调制，以及向上混合到射频。基站也从订户终端接收模拟格式的载波频率数据。可以对由基站接收到的数据执行诸如向下混合到基带上之类的各种修改操作。操作通常在节点中执行，也可以叫做“处理单元”。
接下来将描述无线电系统接收器和/或发射器中的信号处理的方法。为描述该方法，假设基站包括节点(即，处理单元)和它们之间的链路。该方法处理信号或信号组件。信号分量是指I/Q调制信号的I组件或Q组件或和信号的一部分。
该方法在块400中开始。在块402中，为电路布局的不同节点确定至少一个要执行的操作。节点通常被分成基带节点或射频节点，这取决于分配给节点的任务：例如，在射频部件中执行信号功率放大，而在基带部件中执行信号频率改变，即，向下混合或向上混合。节点的数量、它们的任务以及节点之间的链路根据应用方式的不同而不同。基本体系结构有各种解决方案，包括各种树形和循环模型。树形模型是链接的图形，这不是圆。如名称所显示的，循环模型包括循环(即，环)，在很多情况下，它也可以被视为耦合的树形模型。
将适用于本发明的实现方式的有利体系结构配置是组合树形结构。自然，组合树形结构可以以各种各样的方式来实现。图5显示了此结构的示例。节点502到508构成了第一子树，而节点510到516构成了第二子树。子树的数量可以不同。两个子树都可以连接到所谓的零节点或根节点500。在通过组合子树结构实现的基站中，一个树枝常常执行发射器任务，而另一个树枝叉则执行接收器任务。节点504、514、506、512是数据传输节点，通过它们，可以将所希望的信息从一个树枝传递到另一个树枝，例如，通过链路534、536在发射器和接收器之间传递信息。节点之间的其他链路由线段518、520、522、524、526、528、530、532来表示。
这里比较详细地描述的适用于本发明的实现方式的另一个体系结构配置是循环结构。循环结构可以以各种各样的方式来实现。图6显示了此结构的示例。在通过集中循环结构实现的基站中，至少有两个子树通常连接到循环，在这两个子树中，一个执行射频部件的任务，另一个执行基带部件的任务。如此，节点600、606执行射频部件的任务，而节点608、614执行基带部件的任务。节点602、604、610、612是数据传输节点，它们负责从一个节点到另一个节点的数据传输。节点之间的链路由线段616、618、620、622、624、626、628来表示。
除了树形模型或循环模型外，电路布局也可以以各种各样的方式实现，例如，通过以合适的方式来组合这两个模型。
在本发明的第二个优选实施例中，以实现最合适的电路布局的方式，即，针对每一个特定应用程序的体系结构的解决方案，通过修改简单体系结构配置，例如，树形模型，来提供电路布局。在该方法中，从电路布局中，选择了通常是子级别的修改级别。合并所选择的修改级别，随后删除节点之间的不相关的节点和链路和/或添加新链路。如此，也可以实现上文所描述的组合树形结构和循环结构。
下面将通过7A到7B详细地描述修改。图7A显示了简单树结构的示例。节点700是根节点，节点706、708是第一级别的子节点，节点714、716是第二级别的子节点，而节点726、728、730、732是第三级别的子节点。不同节点之间的链路由线段702、704、710、712、718、720、722、724来表示。树也可以从子节点分叉，如从图7A中可以看出：在第三级别中，在树的每一个树枝中都有两个节点。将修改树形模型，并作出判断，以选择第三级别作为修改级别。图7B显示了修改的模型的示例。所选择的修改级别节点成对地726和730以及728和732连接，随后删除节点之间的不必要的节点和链路。如此，删除节点714、716和链路，即，连接718、720、722、724。在修改中，也可以在节点之间创建新的链路。在图7B中，734和736表示新链路。
在方框404中，确定信号类的一个或多个分离标准，以分离信号或信号分量。信号类仍可以分成子类。如此，信号类构成了分层信号类系统，该系统包括多个级别。该方法的基本原理是相同的，不管信号类是否具有子类。
信号类的分离标准可以是，例如，传输或接收天线射束，即，判断从同一个天线射束发射或接收的信号是否属于同一个信号类，或OFDM(正交频分多路复用)系统的副载波，判断发往同一个副载波的信号是否属于同一个信号类。其他信号类分离标准包括，扩频比率或扩频码、调制方法、服务质量类、降低功率电平，在无线电接口或载波中使用的标准。信号类的分离标准也可以是下列各项：将具有不同调制精度要求的信号分成不同的信号类，在进行空间、时间和/或频率级别的预处理之后，将信号分成不同的信号类，在进行干扰消除预处理之后，将信号分成不同的信号类。
对调制精确性的要求指的是表示系统的射频操作的质量的各种参数，如EVM(误差矢量大小)，这是指，当在调制信号中对干扰求和时，表示无噪声的符号位置和实际符号位置之间的距离的矢量。误差矢量是针对调制质量的一个现有技术标准。表示对调制精确性的要求的另一个参数是峰值代码域误差的最大值，这在WCDMA系统中使用，表示由于解扩频(despread)信号中的调制不准确性而导致的误差。其他可选参数包括频率误差和相位误差等等。
在射束形成中将信号分配到不同的天线射束可以作为空间预处理的示例给出。时间预处理是，例如，信道均衡，这可以通过信号类按如下方式来实现：根据链路的数据速度，将无线资源用户分成信号类，只对具有最高数据速度的信号执行信道均衡。在这种情况下，节约了资源，由于只对最有利的信号执行信道均衡。消除干扰的预处理可以按信号类来实现，例如，按如下方式：首先检测干扰最差的信号，对其进行调制，从接收到的信号中减去该信号，接下来检测干扰第二差的信号，直到检测到所有所需的信号。
信号类的分离标准可以是一个或多个类，具体来说，如有必要，分离标准也可以改变。信号类的分离标准可以根据具体的应用而有所不同。
在方框406中，根据信号类的一个或多个分离标准分离至少一个信号或信号分量。下面是使用调制方法作为分离标准的示例：在分成两个信号类的针对同一个天线和同一个载波的HSDPA(高速下行链路数据包访问)系统基带节点转发信号中，其中，QPSK(正交相移键控)调制信号位于一个类中，16QAM或64QAM调制信号位于另一个类中。因此，不同信号类中的信号可以单独地调制。可选地，对信号解扩频(despread)并执行下一个操作，例如，降低功率电平。在这一点上，降低功率电平是指一种方法，通过该方法，信号峰值功率和平均功率的关系降低和/或降低峰值功率。
除了类之外，信号也可以分成子类，以便首先根据调制方法将信号分离，随后，根据功能质量类(例如)将调制类分成子类。如此，信号类构成了分层信号类系统，该系统包括多个级别。
在块408中，按信号类在电路布局的节点中执行预先确定的操作。操作通常包括无线电发射器或接收器的射频部件或基带部件的各种任务，如信号的频率变化、调制和功率电平调节。
在监视网络业务量负载时也可以利用将信号分为不同类的操作。例如，如果传输功率超过为信号类确定的预先确定的阈值，则该类中的信号的功率电平被降低或者不传输信号，直到无线电路径上的流量负载足够地降低。在接收时，可以按信号类确定接收到的信号的功率。
由于信号处理可能会影响信号的质量，至少在某些情况下需要反馈信息来进行进程控制。如果电路布局允许进行反馈信息传输，即，所希望的节点之间的数据传输链路是双向的，则这常常是有利的。在上文所描述的对网络业务量负载的监视中，也可以利用双向链路。
每一个节点之间的链路都具有最大传输容量，在该容量内，要传输的信号类的数量和类型可以改变。不同的信号类可以包括发往同一个载波的信号，即，不同的类可以包括发往同一个天线的信号，或者不同的类包括发往不同天线的信号。
节点可以单播或多播。节点传输模式可以通过控制来进行改变。特别是在上行链路中，当涉及宽带无线电系统时，在很多情况下，将信号类从一个射频节点传输到多个基带节点，即，复制，是有利的。复制操作通常在传输的过程中重复，即，在数据包传输中，例如，多个连续的数据包被复制和传输到下一个级别的多个节点。当将数据传输到下一个级别的多个节点时，通常应用的术语是多播传输。当将数据从节点传输到下一个级别的一个或多个节点时，通常应用的术语是广播传输。如果将数据只传输下一个级别的一个节点，则所使用的术语是单播传输。
该方法在节点410结束。箭头412表示方法的可重复性，以便首先对于特定操作，以一种方式将信号分类，随后，以同样的方式或以不同的方式为另一个操作将信号分类，具体情况取决于操作。应该注意，当应用该方法时，不一定必须将所有信号分类，但是根据每一个特定操作选择所分类的信号，如此，要分类的信号的数量会有所不同。
接下来，将使用信号求和操作作为示例，按信号类详细地描述信号处理。例如，发往同一个天线和同一个载波的信号可以形成一个信号类。在下行链路中对信号求和时，基带节点形成了类似的信号类的和信号。在节点中，对同一类型的信号类求和，节点输出是一个和信号类，而不是多个单个信号类。
接下来，将详细描述其中可以应用本发明的方法的电路布局的两个示例。一个示范性电路布局至少基本上根据组合树形结构，以便至少一个树枝执行发射器任务，至少一个另一个树枝执行接收器任务，在该电路布局中，不同树枝的一个或多个节点以预先确定的方式连接。自然，组合树形结构可以以各种各样的方式来实现。图5显示了此结构的一个示例。节点502到508构成了第一子树，而节点510到516构成了第二子树。两个子树都可以连接到所谓的零节点500。在通过该图所示的结构实现的基站中，一个树枝常常执行发射器任务，而第二个树枝则执行接收器任务。节点504、514、506、512是数据传输节点，通过它们，可以将所希望的信息从一个树枝传递到另一个树枝，例如，通过链路534、536在发射器和接收器之间传递信息。节点之间的其他链路由参考数字518、520、522、524、526、528、530、532来表示。
电路布局还包括控制单元534，该控制单元控制分离为信号类的操作。如果涉及基站，控制单元可以位于基站、基站控制器或无线电网络控制器内。控制单元通常是通过软件，例如，作为ASIC或类似的解决方案来实现的。
适用于本发明的实现方式的另一个有利的体系结构是循环结构。循环结构可以以各种各样的方式来实现。图6显示了此结构的一个示例。在以图6所示的方式实现的基站中，至少有两个子树通常连接到循环，在这两个子树中，一个执行射频部件的任务，另一个执行基带部件的任务。如此，例如，节点600、606执行射频部件的任务，而节点608、614执行基带部件的任务。节点602、604、610、612是数据传输节点，它们负责从一个节点到另一个节点的数据传输。节点之间的链路由数字616、618、620、622、624、626、628来表示。
电路布局还包括控制单元534，该控制单元控制分离为信号类的操作。如果涉及基站，控制单元可以位于基站、基站控制器或无线电网络控制器内。控制单元通常是通过软件，例如，作为ASIC或类似的解决方案来实现的。
除了树形模型或循环模型外，电路布局也可以以各种各样的方式实现，例如，通过以合适的方式来组合这两种方法。
尽管上文参考附图的示例描述本发明，显然，本发明不仅限于此，在所附的权利要求中所说明的发明思想的范围内以各种各样的方式修改。