两种方式的无线电通信单元

本发明与转让给本发明的受让人的下列发明有关：

由Morton    Stern等人发明的、美国系列号07/906785和于1992年6月30日申请的“两种方式的通信网络。”

由Borth等人发明的、美国系列号07/956122和于1992年10月7日申请的“在两种方式的通信网络中登记/再分配呼叫的方法”。

由Chiasson等人发明的，美国系列号07/973352和于1992年11月9日申请的“跳频码分多址无线电通信单元。

本发明涉及无线电通信系统，更具体地讲，是涉及两种方式的无线电通信单元。

蜂窝式无线电信系统一般包括许多中央通信基站。每个中央通信基站有一个服务复盖区域，用于服务在该服务区域内的移动的通信单元。服务区域典型地是这样安排的：相邻远端基站服务复盖区是以提供基本上连续服务范围的方法重叠。通过将移动通信单元从服务一个服务区域的一个基站过区切换到服务另一个服务区域的一个相邻的基站，在基本上连续服务范围提供不中断的服务。

步行者以及移动的用户典型地将接入相同的蜂窝式无线电通信系统。为了讨论起见，步行用户与一个移动用户（每小时100公里以上）相反是一个慢慢地（每小时10公里或更慢）漫游的用户。但是，这些蜂窝式通信系统典型地设计成对最坏情况的环境（即移动用户）提供满足要求的性能。这样，蜂窝式无线电通信系统一般提供该系统使用的连续测量，以便保持信道质量或执行过区切换功能。由于不管用户是移动用户还是步行用户这些测量都要求相同数量的处理，所以对步行用户所收的使用他们的蜂窝电话的费用与移动用户相同。

因此，在工业上就需要个人通信系统（PCS），该系统为步行用户以较低的费用提供一个低等级的系统。低等级的系统提供经过射频（RF）链路接入一个基本的蜂窝式网络，在低等级服务区域之间基本的蜂窝式网络可以提供或者可不提供过区切换能力。此外，应向移动用户提供高等级的系统。这个高等级的系统具有在目前的蜂窝式系统中可找到的许多特性，包括在高等级的服务区域之间的过区切换。

为了避免需要有两个单独的无线电通信单元分别工作在低和高等级的通信系统中，希望提供既能工作在低等级又能工作在高等级的通信单元的两种工作方式的无线电通信单元。此外，希望设计两种方式的无线电通信单元，以便利用可在通信单元的低等级和高等级工作方式中使用的共同部件。

用于数字通信系统的两种方式无线电通信单元具有一个差错控器，包括一个检错编码器和一个前向纠错编码器，这两个编码器将输入信息信号编码为防差错数据比特流。此外，该通信单元包括一个方式选择器，它启动与通信单元的特定工作方式一起使用的检错编码器或前向纠错编码器。另外，提供一个相应的两种方式无线电通信单元，具有根据一组算法产生估计信息信号样值的一个差错控制器，所述的一组算法由一个检错算法或一个纠错算法组成。

此外，相应的通信单元包括一个方式选择器，用于根据一组算法中的一个特定的算法接收信号，该特定的算法与该相应的通信单元的特定工作方式相关。

图1，2是表示分别工作在第一和第二分式的优选实施例的数字蜂窝式无线电通信单元的简图。

图3，4是表示分别工作在第一和第二方式的另一个优选的实施例的数字蜂窝式无线电通信单元的简图。

图5，6是表示分别工作在第一和第二方式的又一个优选的实施例的数字蜂窝式无线电通信单元的简图。

现在参见图1和图2，以方框图的形式描述一个优选实施例的两个等级PCS通信单元100。两个等级PCS通信单元100最好设计成为在低等级（示于图1）和高等级（示于图2）的PCS工作方式的一个通信单元进行工作。此外，两个等级PCS通信单元100最 好设计成在低等级和高等级通信单元之间共用几个逻辑部件，以便减少整个通信单元的复杂性和成本。另外，两个等级PCS通信单元100最好包括方式选择电路，当通信单元100以另一个通信工作方式进行工作时，方式选择电路对不用的一个通信工作方式中工作的逻辑部件进行节电或使其不能工作。使不用的电路不能工作（例如节电）使得整个通信单元的耗用电流大大地小了，这样延长了以电池工作的移动/便携用户单元的电池寿命。

如图所示，通信单元100可以逻辑地分开为发射机102和接收机104功能部分。本领域的技术人员懂得：虽然这些通信功能在逻辑上已经分开，而这些功能的实际实施可以以各种不同的方法实现，包括但不限于适当地编程数字信号处理器（DSP），将分立部件连接在一起和使用一个或多个专用的应用集成芯片（ASIC）的联合。

现在更具体地参见图1，表示了作为低等级通信单元工作的一个优选的实施例的两个等级通信单元。工作方式选择器件（未示出）已使通信单元的部件112，142，150，158，166，174，184，198和202不工作，这些部件在低等级通信方式是不用的。工作方式选择器件可以作为一个微控制器来实现，微控制器发送启动和禁止信号到各个通信单元部件。另外，数字信号处理器可由软件控制仅仅执行在每个工作方式中的一些功能。但是，本领域的技术人员懂得，可以使用几个其它的技术来实现方式选择器件而不脱离本 发明的范围和精神。

发射机部分102接收一个信息信号106。信息信号106可包含数据或数字化的语音。在信息信号106包含数字化的语音的情况下，信息信号106由语音编码器108处理以及进一步编码该数字化的语音。最好是这个语音编码器采用话音激话检测（VAD）机制以使代表该数字化语音的编码的数据比特110的数量减至最小。在另一情况下，如果信息信号106包含数据，则该数据作为编码的数据比特110通过语言编码器108。

这些编码的数据比特110随后与检错码一起被编码111。在优选的发射机部分102的设计中，数据比特110被差分编码并且与循环冗余码（CRC）一起被编码。选择CRC的长度，使得在未变得在计算上难于负担时可靠地检测差错。该码的复杂性可适合特定的硬件实施例。此外，两个等级PCS收发信机100可任选地使用检错编码中的选择CRC应用。在编码以后，已知的同步前置码被加112到数据比特流，和该数据比特流被格式化用于时分多址（TDMA）传输。随后，数据比特流114由具有滚降系数为0.5的全升余弦滤波器116进行滤波，以满足带宽和符号间干扰的要求。

这个滤波的数据比特流118最好是随后进行四相调制120（即四相移相键控（QPSK）调制）。四相调制的数据比特流122最好提供给混频器124的一个输入端，而TDMA载波信号126提供给混频器124的另一个输入端。TDMA载波信号126最好由频率合成 器128产生，频率合成器128产生在预定的RF频带和时隙内的载波信号。混频的TDMA信号130随后由功率放大器132放大，提供134给末级滤波器136并由天线138经过通信信道辐射。

接收机部分104用于有效地检测和解码发送的信号。因为衰落和多路径信道在移动通信中是普遍的，所以使用分集选择接收机以改善性能。在接收机104，分集选择器件141从第一138和第二140天线接收信号，并且将这两信号的一个信号输出到滤波器144。通过测量在每个天线138、140上以前接收的信号时隙（例如两个时隙）中的信道质量并选择较好的信号，选择器件最好确定哪个信号输出。本领域的技术人员懂得，信道质量可以用多个参数进行测量，包括比特误码率，信号中的干扰，信号功率等等。

滤波144并且下变频152接收的信号的信号为大约4兆赫的低IF频率。频率合成器128，在下变频过程152中使用，以便跟随TDMA信号。这时信号156被硬限幅160。这个特性不需要任何形式的自动增益控制（AGC），并且大大地减少模数（A/D）变换所要求的分辨率和在接收机104的数字部分中要求的数据路径的长度。在RF和IF处理后，低的IF信号被带通取样并且变换到数字域160。相对低成本的A/D变换器最好以16倍的符号速率取样，并且只有4比特的分辨率。可使用4比特量化，因为前面的硬限幅160已除去了4相波形的幅度。这时，由低复杂性（例如三到五分支）的数字带通滤波器进行附加滤波以消除直流（DC）功率偏移。 减少取样噪声和分开同相与正交分支。然后处理的信号用系数4十中取一160，进行翻译为硬限幅数据样值的基带。IF频率能使通信单元100使用图象频率。

这时处理的信号与已知的预定同步字相关168以便决定最佳取样点和执行载波恢复。最好发送的信号结构具有在该数据之前插入的同步字，使得相关168可以只用最小的接收信号164的缓冲执行。最大的相关幅度可用作信道增益的估计，而且这个相关的相位反映由信号164要求的相位校正的共轭值。当已确定最大的相关时，数据样值进一步十中取一为每个符号单个样值。最好是两个等级的通信单元100实际上对附加取样的数字数据进行很少的处理。这使接收机部分104功率消耗，存储器的存储和费用最少。

在相关过程168之后，数据样值流196使数据样值被提取和解码201。这时，检错码（例如循环冗余码（CRC）码）可以任选地被使用201，以便检验在码的输入的间隔上的差错。解码的比特203和CRC导出的擦去信息一起最好作为数据208输出或输入到语音解码器206，然后作为话音208输出。

现在更具体地参见图2，表示作为高等级通信单元工作的一个优选的实施例两个等级的通信单元。一个工作方式选择装置（未示出）已禁止在高等级通信方式中不用的通信单元部件111，141和201。

发射机部分102接收信息信号106。信息信号106可包含数据 或数字化的语音。在信息信号106包含数字化的语音的情况下，信息信号106由语音编码器108进行处理，以便地一步编码数字化语音。最好这个语言编码器采用话音激活检测（VAD）机制以便使代表数字化语音的编码的数据比特110减到最小。在另一个方案中，如果信息信号106包含数据，则该数据作为编码的数据比特110通过语音编码器108。

这些编码的数据比特随后与检错及纠错码一起被编码。在优选的发射机部分102的设计中，循环冗余码（CRC）被用于检错，而卷积码被用于前向纠错。选择CRC的长度，使得在未变为计算上的难于负担时可靠地检测差错。在选择卷积码的限制长度中按照类似的策略。码的复杂性可制成为特定的硬件实施。此外，两个等级的PCS收发信机100可任选地使用非一致的编码速率和在检错编码中CRC的选择的应用。

在编码之后，数据比特流被交错112，以致在一个较大的期间分散单个跳频的传输差错。两个等级的通信单元100最好执行一个卷积数字复用器（interleaver），因为这个结构产生信道差错的分散，它优于具有两倍的交错时延数量的块数字复用器。通过选择可被均匀地分为在一个跳频时隙内发送的交错符号的数量的数字复用器的垂直尺寸，该数字复用器已按这样的方法构成：即使一个时隙分出（dropped）它也能同步。一个已知的同步前置码被加（112）到该数字复用器的输出，而数据比特流114进行格式化用 于时分多址（TDMA）传输。数据比特流114由具有滚降系数为0.5的全升余弦滤波器116滤波，以满足带宽和码间干扰的要求。

这个滤波的数据比特流118最好随后进行四相调制120（即四相移相键控（QPSK）调制）。四相调制的数据比特流122最好提供给混频器124的一个输入端，而跳频载波信号126提供给混频器124的另一输入端。跳频载波信号126最好由一个频率合成器128产生，频率合成器128在根据一个预定的模式跳频（即跳频合成器128通过跳频码步进）的预定RF频带内产生载波信号。混频的跳频信号130随后由功率放大器132放大，提供134给末级滤波器136并通过通信道由天线138发射。

本领域的技术人员懂的，预定的RF频带不必是连续的频带，而只需在一个特定的频率范围内，选择的频率合成器能够在该频带工作。此外，预定的格式（即跳频码）用于确定顺序，特定的通信单元以这个顺序在RF频带中跳频以致该通信单元对工作在相同多址通信系统中的其它通信单元产生最小的干扰。另外，将知道跳频传输被用于帮助减轻信道障碍如慢衰落。此外，使用跳频给高等级的通信系统提供另一形式的分集，并导致该系统性能与用户的速度无关（例如，如果用户是在行进的机动车里）。

接收机部分104用于有效地检测和解码传送的信号。因为衰落和多路径信道在移动通信中是普遍的，所以采用分集的组合接收机以改善性能。在接收机104，分集选择装置141从第一138和 第二140天线接的信号。但是，由于它不用于高等级的工作方式，所以只是由天线140接收的信号输出到滤波器144。

每个分集分支（即第一分支138，142，150，154，158，162和166以及第二分支140，144，148，152，156，160，164和168）首先滤波142，144和下变频150，152它的各相接收的信号为大约4兆赫的低IF频率。频率合成器128用在下变频过程150，152中以跟踪跳频的信号。这时信号154，156被硬限幅158，160。这个特性就不需要任何形式的自动增益控制（AGC），而且大大减小所需的模数（A/D）变换器的分辩率和在接收机104的数字部分中要求的数据路由的长度。

在RF和IF处理之后，低的IF信号被带通取样并变换为数字域158，160。相对低费用的A/D变换器最好以16倍的符号速率取样并且只有4比特的分辨率。可使用4比特量化，因为先前的硬限幅158，160已除去了四相波形的幅度。这时，由低复杂性的（例如三至五分支）数字带通滤波器进行附加的滤波以消除DC偏移，减小取样噪声和分开同相及正交分支。然后每个分支以系数4十中取一158，160，进行翻译为硬限幅数据样值的基带。翻译为基带可以容易地进行，因为仔细的选择低的IF频率能使通信单元100的使用图象频率。

这时每上分支与已知的预定同步字相关166，168以便决定最佳取样点和执行载波恢复。最好传送的信号结构具有插入在该数据 之前的同步字，以致可以只用接收信号162，164的最小缓冲进行相关166，168。最大的相关幅度可用作信道增益的估计，而这个相关的相位反映由信号162，164要求的相位校正的共轭值。当量大的相关已确定时，数据样值被进一步十中取一为每个符号单个样值。最好是，高等级通信单元100实际上对附加取样数字数据进行很少的处理。这允许接收机部分104减少功率消耗，存储器存储和费用。

接着，计算174每个分支170，172的信号质量估计或加权参数176，178，而分支180，182被分集组合184。在这个过程内，软判决解码202所需的定标176，178也加184到信号180，182。虽然可能使用各种加权参数，但是最好的性能将从基于比率的统计中得到。高等级通信单元100计算基于比率的统计的能力能成功的计算软信息，尽管存在硬限幅器158，160。

如图1所指出的，均衡器198是一个可能的接收机部分104的任选。这种均衡器198要求从每个分支以及分集组合器184的输出端186输入194，196。此外，为了均衡器198最佳地执行，均衡器198需要输出细调调节信息到每个分支190，192以及分集组合器188。随后，被均衡组合的数据样值流将输出200到去数字复用器202。虽然高等级PCS工作方式不排除使用一个均衡器198，但是初步的结果表明它的使用相对于只采用跳频和分集的系统产生小的性能改善。

在加权和组合处理184之后，数据样值流186，200卷积地去数字复用202。在校正由通信信道引入的差错时去数字复用器输出被维特比（viterbi）解码202。这时，检错码（例如循环冗余检验（CRC）码）可任选地用于202检验在该码的输入间隔上的差错。然后解码的比特204和CRC导出的擦去信息一起最好作为数据208输出或输入到语音解码器206，然后作为话音208输出。

在图3和图4中示出对于在图1和图2中叙述的两个等级通信单元的一个可替代的优选的实施例的两个等级通信单元100。这个替代的优选的实施例的两个等级通信单元基本如参照图1和图2所叙述的那样工作。但是，分集选择装置163相对于其它接收机部分104的部件的位置已被改变。在这个位置，由于在接收机部分104中它的相对位置，在确定过程中分集选择装置163可能潜在地具有比分集选择装置143（示于图1）可能个有的更好的信道质量信息可使用。

现在更具体地参见图3，示出了如低等级通信单元那样工作的一个两个等级的通信单元。除下面的之外，两个等级通信单元基本上如参照图1所叙述的那样工作。工作方式选择装置（未示出）已禁止通信单元部件112，166，174，184，198和202，这些部件在低等级通信方式中不用。每个分集分支（即第一分支138，142，146，150，154和158以及第二分支140，144，148，152，156和160）首先滤波142，144和下变频150，152它的各自的接收的信号到大约 4兆赫的低IF频率。在下变频过程150，152中使用频率合成器128以跟踪TDMA信号。这时信号154，156被硬限幅158，160。在RF和IF处理之后，低IF信号被带通取样并变换为数字域158，160。此外，进行附加滤波以消除DC偏移，减少取样噪声和分开同相与正交分支。然后每个分支用系数4十中聚一158，160，进行翻译为硬限幅数据样值的基带。这时分集选择装置163接收硬限幅的数据样值162，164和输出164′被相关168的两个信号中的一个信号，它相应于具有较好的信道质量的信道分支。

现在更具体地参见图4，示出了如高等级通信单元那样工作的一个两个等级的通信单元。除了下面之外，两个等级通信单元基本上如参照图2所叙述的那样工作。工作方式选择装置（未示出）已禁止通信部件111，163和201，这些部件在高等级通信方式中不用。此外，分集选择装置163接收信号162和164。但是，由于在高等级工作方式中不使用分集选择装置163，所以信号162，164分别通过并输出162′，164′到它们各自的相关电路。

图5和图6中示出了对于图1和2中叙述的两个等级通信系统的又一个替代的优选实施例的两个等级通信单元100。这个替代的优选实施例的两个等级的通信单元基本上如参照图1和图2所叙述的那样工作。但是，分集选择装置197相对于另一个接收机部分104的部件的位置已经改变。在这个装置，由于接收机部分104中它的相对位置，在确定过程中分集选择装置197可能潜在地具 有比分集选择装置143（示于图1）和分集选择装置163（示于图3）可能具有的更好的信道质量信息可使用。但是，作为设计的折衷，这个替代的两个方式通信单元100在低等级工作期间比图1所示的通信系统100需要启动更多的接收部件。

现在更具体地参见图5，示出了如低等级的通信单元那样工作的一个两个等级的通信单元。除了下面之外，两个等级通信单元基本上如参照图1叙述的那样工作。工作方式选择装置（未示出）已禁止了通信单元部件112，166，174，184，198和202，这些部件在低等级通信方式中是不用的。每个分集分支（即第一分支138，142，146，150，154和158以及第二分支140，144，148，152，156和160）首先滤波142，144和下变频150，152它的各自接收的信号到大约十兆赫的低IF频率。在下变频过程150，152中使用频率合成器128以便跟踪TDMA信号。这时信号154，156被硬限幅158，160。在RF和IF处理之后，低IF信号被带通取样并且变换为数字域158，160。此外，进行附加滤波以便消除DC偏移，减少取样噪声和分开同相与正交分支。然后每个分支可用系数4十中取-158，160，进行翻译为硬限幅数据样值的基带。这时每个分支166，168与已知的预定同步字相关以确定最佳取样点并进行载波恢复。当相关已被确定时，数据样值进一步被十中取一到每个符号单个样值。在相关过程166，168之后，分集选择装置197接收符号速率数据样值194，196和输出199两个信号的一个信号（即相 应于具有较好信道质量的信道分支的信号）使数据样值被提取和解码201。

现在更具体地参见图6，示出了如高等级的通信单元那样工作的两个等级的通信单元。两个等级的通信单元基本上如参照图2叙述了那样工作，除了下面之外。工作方式选择装置（未示出）已禁止通信单元部件111，197和201，这些部件在高等通信方式中不用。

可替代地，示于图1至图6的优选实施例两个方式数字无线电通信单元100可以叙述如下。提供了数字通信系统的两个方式数字无线电通信单元100。通信单元100包括用于在无线电通信信道上发送编码的输入信息信号106的发射机部分102。发射机部分102包括一个数据比特编码器108，用于将输入信息信号106编码为数据比特流100。一个差错控制器111，112工作地连接到数据比特编码器108，用于产生传输防错数据比特据比特编码器108，用于产生传输防错数据比特流114。该差错控制器包括以下两个传输保护装置：（1）一个循环冗余检查发生器111，用于编码数据比特流110，和（2）一个前向纠错装置112，用于卷积地编码和交错数据比特流110。一个同步装置工作地连接到差错控制器，用于将预定同步顺序插入防错数据比特流114。

多相调制器120可操作地连接到该同步装置，通过使用插入的同步顺序和防错数据比特流114产生多相位中间信号122。变 频器124可操作地连接到多相调制器120，通过将中间信号122与频率合成器128产生的无线电通信信道选择信号126进行组合产生射频编码的输入信息信号130。频率合成器128以下面的两种特定工作方式中的一种方式工作：（1）无跳频时分多址方式和（2）跳频码分多址方式。方式选择器（未示出）可操作地连接到差错控制器111，112用于启动下列装置之一：（1）传输保护装置循环冗余检验发生器111和（2）在一个特定的工作方式使用的传输保护装置的前向纠错装置112，以致于在选择的特定工作方式中不用的传输保护装置被禁止。

通信单元100还包括接收机部分104，用于接收从在无线电通信信道上来的编码的输入信息信号。接收机部分104包括一个解调器150、152，用于产生相应于分别在第一138和第二140天线上接收的信号的第一154和第二156组的接收信号的数据样值，这是通过使用由频率合成器128产生的无线通信信道选择信号而得到的。频率合成器128工作在以下两个特定工作方式之一：（1）无跳频时分多址方式和（2）跳频码分多址方式。

硬限幅器158，160可操作地连接到解调器150、152，通过除去在第一154和第二156组的数据样值中的每个样值的幅度对第一154和第二156组的数据样值进行硬限幅。变频器158、160可操作地连接到硬限幅器158、160，通过十中取一在时域中的每组数据样值，将第一154和第二156组的硬限幅的数据样值的子集 变换为基带频率。

相关器166、168可操作地连接到变频器158、160，用于将第一162和第二164组的数据样值的硬限幅数据样值的子集与已知的预定同步顺序进行相关，以便独立地确定每组数据样值最佳取样点和产生每组的符号率数据样值。

差错控制器174、184、201、202可操作地连接到相关器166、168，根据以下算法之一从每组的符号率数据样值180、182产生估计的信息信号样值208：（1）检错算法或（2）纠错算法。检错算法包括：相应于天线138、140的第一和第二组数据样值选择具有较好的估计信号质量的一组196，对所选择组的符号率数据样值196进行201循环冗余检验和从所选择组的符号率数据样值196中提取201数据比特。纠错算法包括在：产生第一180和第二182组的数据样值的加权系数176、178，定标184第一180和第二182组的符号率数据样值，将第一180和第二182定标的符号率数据样值最大比率地组合到组合的数据样值流186中，以及去数字复用202，并最大可能地将组合的数据样值流186、200解码202为估计的信息样值208。

最后，方式选择器（未示出）可工作地连接到解调器150、152，硬限幅器158、160，变频器158、160，相关器166、168和差错控制器174、184、201、202，用于根据两个方式的无线通信单元100的一个特定工作方式相关的差错控制算法之一接收该接收的信号， 使得根据在所选择的特定工作方式中不用的算法与产生估计的信息信号样值208有关的解调器150、152，硬限幅器158、160，变频器158、160，相关器166、168和差错控制器174、184、201、202被禁止。

总之，两个方式的无线通信单元100提供对已知技术的一些改善。在通信系统设计中允许共用一些发射机和接收机部件的技术大大的节省了费用，同时减少了通信电路的复杂性并减少了对其它两个方式的通信单元设计的功率要求。

虽然本发明以一定程度的特殊性进行了叙述和说明，但是应该懂的，只是通过举例进行公开实施例，和在不脱离根据权利要求书的本发明的精神和范围下，本领域的技术人员可以采取在安排和部件的组合以及步骤中的很多变化。