CN1308821A

CN1308821A - 组合turbo编码和软越区切换技术的通信系统越区切换操作

Info

Publication number: CN1308821A
Application number: CN99808316A
Authority: CN
Inventors: 易炳宽
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2001-08-15
Anticipated expiration: 2019-07-02
Also published as: BR9912256A; JP3671149B2; KR100370425B1; AU749517B2; EP1095529B1; US6094427A; JP2003503863A; CN1154383C; US5978365A; EP1095529A1; DE69939261D1; KR20010083095A; BRPI9912256B1; WO2000002404A1; AU5090799A; EP1095529A4

Abstract

通信系统,例如包括基于小区的移动通信系统、多卫星通信系统或多波束卫星系统,分别需要小区到小区、波束到波束或卫星到卫星之间可靠的越区切换方法。对CDMA蜂窝系统的最近测量表明系统在越区切换中的时间大约为平均呼叫周期的30%到50%。因此,在越区切换期间的系统可靠性是主要系统性能参数之一,并且最终变成影响总系统容量的因素。本发明有利地涉及新的和改善的蜂窝通信、多波束和多卫星系统的越区切换技术。本发明组合了软越区切换原理与编码分集合并技术(即,组合来自多个信号源的信号)、分组合并技术(即,组合多个信号)和迭代解码算法(例如,TURBO编码(502))。

Description

组合TURBO编码和软越区切换技术的通信系统越区切换操作

本发明涉及通信系统。更具体地，本发明涉及一种新的和改进的系统，用于提供在小区基站之间或其扇区之间或卫星波束之间和/或卫星之间的越区切换期间与移动站的通信。本发明将软越区切换技术与编码分集合并技术、分组分集合并技术和迭代解码算法(称为TURBO编码)组合。该系统工作在码分多址(CDMA)，频分多址(FDMA)或时分多址(TDMA)通信系统中。

在具有地理上的固定站和移动站的通信系统中，当移动站移动离开第一固定站而靠近第二固定站时，需要把与移动站的通信从第一固定站越区切换到第二固定站。在蜂窝通信环境下，当移动站移动出第一小区和进入第二小区时，与移动站的通信必须从第一小区中的基站转移到第二小区中的基站。同样地，在轨道运行卫星上提供基站的情况下，在或接近地面上的“移动”单元的位置与轨道运行卫星相比相对固定，并且必须将与该单元的通信从第一基站转移到第二基站。第二基站可以是第二卫星或者可以是第一卫星上的第二天线，该天线提供第二波束(地理区域)。此后，基站称为地面固定基站或轨道运行卫星机载基站。

根据在通信系统中所使用的多址系统有三种常规越区切换：硬越区切换，软越区切换和半软越区切换。

硬越区切换特征在于临时切断前向和反向信道，其在FDMA或TDMA环境下是典型的。在通信会话期间当移动单元移动出当前服务小区或卫星波束时，所接收信号变弱并且需要越区切换。为执行硬越区切换，通信系统将通信会话切换到新的信道同时该会话持续。在FDMA或TDMA(或一个CDMA系统到另一个使用不同频谱的CDMA系统)硬越区切换中，移动单元中的接收机停止对从开始服务会话的小区或卫星链路在旧信道链路上发射的信息的解调和解码，然后对通过第二信道链路发射的信息开始解调和解码。

在常规FDMA或TDMA蜂窝系统中，当移动电话机跨过小区之间的边界时所实施的越区切换方案允许呼叫继续。然后当处理呼叫的小区基站中的接收机注意到来自移动站的所接收信号强度下降到预定阈值下时开始从一个小区越区切换到另一个小区。低信噪比指示意味着移动电话机在小区边界上。当信号电平下降到预定阈值之下时，基站请求系统控制器确定相邻基站所接收移动站信号是否具有比当前基站更好的信号强度。系统控制器响应当前基站的请求给相邻基站发出越区切换请求的消息。相邻当前基站的基站利用在特定信道上接收来自移动站信号的扫描接收机。

一旦相邻基站之一向系统控制器报告足够信号电平就试图进行越区切换。该方案称为“基站启动的越区切换过程”。当从新基站使用的信道组中选择出空闲信道时启动越区切换。控制消息被发送给移动站，命令它从当前信道切换到新的信道。同时，系统控制器将呼叫从第一基站越区切换到该选择的基站。在常规FDMA或TDMA系统中，如果新基站的越区切换不成功呼叫将掉线。越区切换失败可能有几个原因。

。例如，如果在相邻小区中没有具有合适信号强度的空闲信道可以使用，越区切换可能失败。

。如果另一个基站报告听到了所述的移动站，而实际上该基站实际听到的是完全不同小区中使用相同信道的一个不同移动站，越区切换也可能失败。

对于在小区边界发生的基站启动的硬越区切换，信号电平往往在两个基站上都波动。信号电平的波动产生了“反复”情况，由此原始基站反复指令移动站将呼叫越区切换到相邻基站，和然后相邻基站指令移动站越区切换回到原始基站。

该过程有时称为“连接前中断”。因为通过业务信道的临时断开来完成硬越区切换，所接收信号中的信息可能丢失。

软越区切换(如用于CDMA环境中)减少了这种临时中断的问题。在软越区切换中，通过不同小区或卫星所接收的两个或更多个信号由相同接收机单元同时解调、组合和解码。因为CDMA环境使接收机能同时解调、组合和解码来自多于一个基站的信号，软越区切换不需要业务信道的任何中断。移动到另一个基站或卫星波束服务区的用户不需要改变其接收或发射频率。软越区切换特征在于在终止利用旧码序列进行的通信之前使用相同CDMA频率中的新的码序列(即，利用在新的小区或卫星的新的基站)来开始通信。

在BLAKENEY II等人的美国专利5640414“在CDMA蜂窝通信系统中的移动站辅助软越区切换”中描述了在蜂窝通信系统中使用的一个软越区切换系统(BLAKENEY专利)，该专利在此引用作为参考。该越区切换过程的启动是通过移动站测量CDMA系统中导频信道上越区切换辅助导频信号的信号功率或通过基站测量来自移动站的信号功率而请求的。典型CDMA软越区切换是通过利用RAKE接收机的分集合并(即，将来自相同或不同基站的信号合并)来实现的，由此提供比硬越区切换更好的呼叫可靠性并且以对用户透明的方式支持小区或波束之间的越区切换过程。

如同参照蜂窝通信系统所描述的BLAKENEY专利，移动站启动的越区切换方法不同于基站启动的越区切换方法。移动站启动的越区切换方法依赖于移动站检测导频信号的存在或不存在以及导频信号的信号强度。因此，为执行移动站启动的越区切换，移动站装备了搜索接收机来扫描来自其它基站的导频信号。使用移动站启动的越区切换方法的一个原因是移动站对自身与各个相邻基站之间的路径中的变化比基站更敏感。

在常规CDMA系统中，进行两种越区切换操作；软越区切换和CDMA到CDMA硬越区切换。CDMA到CDMA硬越区切换与TDMA或FDMA系统的类似，并且可能出现呼叫中断。更详细地考虑CDMA和其软越区切换程序对于理解现有系统的问题会有所帮助。

在软越区切换情况下，移动站启动越区切换过程。移动站执行到/来自多个基站的信号分集合并。移动站利用RAKE接收机同时接收来自多个基站的通信。在与以前基站或扇区的通信掉线之前，当移动站同时与两个或更多个基站或与相同基站的两个或更多个扇区通信时，发生软越区切换。后一种情况(即，在小区内的扇区之间)称为“半软越区切换”。这是一种特殊类型的软越区切换，在此不区别软越区切换和半软越区切换。在软越区切换环境下，通过从与移动站的当前服务小区对应的基站到与移动站将接收服务的小区对应的基站的最终越区切换，移动站和最终用户之间的呼叫不会中断。

图1-3表示了常规CDMA系统。如图1所示，移动站接收机上的CDMA系统分集合并接收机包括馈送前端模拟接收机101的双工器，其提供信号给多个数字RAKE接收机102A、102B、102C和搜索接收机103。该接收机提供数据给分集合并器104。分集合并器的输出连接到解码器105。如果移动单元提供电话服务，解码器提供信号通过基带处理电路和声码器，以提供信号驱动手机扬声器。

如图2所示，常规CDMA系统基站上的分集合并接收机具有与移动站相同的配置，除了双工器以及前端天线和接收机的数量外。在基站上，两个接收机系统用于天线分集接收。这两个系统独立接收相同CDMA信号并且在分集合并器204中合并。因此，天线200A、200B单独接收来自移动站的信号，并且每个天线将该信号提供给模拟接收机201。模拟接收机后面是多个RAKE接收机202A和202B和搜索接收机203。RAKE接收机202A、202B将该信号输出给分集合并器204。类似移动站中分集合并器104的输出，该信号然后在解码器205中解码。基站将解码后的反向信道信息通过数字链路传递给主交换中心(MSC)。

图3表示了在移动站或者基站上的分集合并器104或204的操作。分集合并器使用最大比例合并器。合并器首先在301A、301B、301C(根据它们测量的信号强度)将特定加权信噪比应用到来自各个接收机的输入数据信号上，输入数据信号在此由接收机302A、302B、302C表示。分集合并器然后将这些加权后信号在加法器303中合并。该分集合并方案称为“最大比例合并器”。因为导频信号解调允许多个所接收信号数据流的对准，该合并是相干合并。产生的合并信号然后被解码器304使用前向纠错进行解码。常规前向纠错使用适当的VITERBI算法解码器的卷积码。示范性常规CDMA蜂窝系统使用卷积码。这种系统具有用于从基站到移动站的前向链路的1/2编码率和用于从移动站到基站的反向链路的1/3编码率。

在从基站A到基站B软越区切换期间的常规呼叫处理操作如下：

1)基站A服务的移动站扫描和测量两个或更多个基站的潜在导频信号。

2)移动站接收机检测来自基站B的导频信号，该信号超过预定阈值电平。

3)移动站发送导频强度测量消息给基站A。

4)基站A接收导频强度测量消息并且将该消息通过主交换中心转发给基站B。

5)基站B开始在前向信道上发送与基站A发送的相同的用于特定移动站的业务并且获得来自移动站的反向业务信道。

6)基站A和B每个发送越区切换指导消息给移动站以开始解调来自A和B的信号。

7)移动站接收越区切换指导消息，获得和解调来自基站B的信号并开始将来自基站A和B的信号分集合并。

8)移动站发送消息给两个基站A和B，通知两个基站它正在接收来自它们两个的信号。

9)如果关于来自基站A的导频信号，越区切换掉线定时器超时，移动站发送导频强度测量消息给基站A和B。如果来自一个基站的信号保持低于预定阈值一个预定时间量(即，越区切换掉线定时器周期)，来自该基站的信号将从移动站处理的信号组中去掉，如同步骤10-13所述。

10)基站A和B发送越区切换指导消息到移动站以仅使用B。

11)移动站发送越区切换完成消息给基站A和B，通知基站它将停止从基站A接收信号。

12)移动站接收越区切换指导消息，停止分集合并和开始仅解调来自基站B的信号。

13)接收越区切换完成消息后，基站A停止在移动站的前向业务信道上的发射和在反向业务信道上的接收。

移动站启动的越区切换方法比基站启动的越区切换方法提供了更可靠的越区切换和增加的系统性能。在移动站接收机中利用RAKE接收机对多个基站信号的分集合并允许移动站接收机接收来自不同基站的相同CDMA信号的多个副本和来自每个基站的相同信号的多个副本。

当移动站从相同CDMA小区中的一个扇区覆盖移动到另一个扇区覆盖时，作为软越区切换特定情况的半软越区切换发生。半软越区切换使用与软越区切换相同的过程，除了半软越区切换发生在相同基站的扇区天线之间而非基站之间。

如果系统设计允许，软越区切换优于硬越区切换至少有三个原因。

。改善链路质量。小区边界(如同在此所使用的，“小区边界”也包括卫星系统的波束边界，并且小区是指地面基站天线或卫星波束的覆盖)通常提供与来自其它小区的增加干扰耦合的不良覆盖。因此，来自另外小区或卫星的前向业务信道分集将改善链路质量。

。受控干扰。移动单元包括用于蜂窝环境的移动站和来自卫星环境的相对固定的地面终端。在小区边界时，移动单元对其它小区内移动单元的干扰最大。软越区切换增强了控制来自这些小区移动单元的信号功率的能力，由此使这种干扰最小。

。减少呼叫掉线可能。前向链路对越区切换区域最敏感。如果移动单元不再能够解调原来小区发射的前向链路，与高速运动车辆或快速运动卫星有关的慢越区切换处理可能导致呼叫掉线，由此丢失越区切换指导命令。

尽管每个上述系统提供蜂窝呼叫的越区切换，而这些系统都不能提供通信系统服务商或通信系统用户所要求的可靠越区切换。在给定小区或卫星波束的越区切换中继续出现共同问题，包括信号的干扰、衰落(极度路径损耗)或回声(时间延迟扩展现象)，以及多径衰落。干扰是由相邻小区信号造成的。移动站可能不利地解释来自相邻小区或卫星的信号并且就象对要接收信号一样处理该信号。因此，有可能使移动站的用户被完全不相关的通信会话打扰。另外，当移动站与基站之间的距离增加时该信号可能衰落。信号发射方与接收方之间的距离与周围环境中建筑和地形结合也可能使该信号被破坏，并且因此衰落。最终到达接收机的许多信号也可能从发射机经不同路径传播。因为路径长度不同，该信号不能同时到达接收机。因此，接收机可能处理相同信息的两个不同版本，造成频率选择性衰落。

通过对用于与移动站通信的信号信道编码可以减轻这些问题。现在的信道编码系统不能区分越区切换时从不同基站发送到相同移动站的信号。如上所述，常规CDMA蜂窝系统利用多个接收机检测多径信号和/或来自不同基站的信号。这些信号是相同编码信号的时间延迟版本并且可以由RAKE接收机和分集合并器合并。常规分集合并器根据从不同基站、从不同扇区所接收的“相同”信号或根据不同多径信号使用最大比例合并器。在越区切换操作期间，接收机因此接收来自两个基站的实际相同的信号。因为在越区切换区域中从两个基站所接收的信号是相同的编码信号，增益值被限制在仅仅分集合并增益和设计的编码增益。

近来，新的编码技术已经使通信系统设计者能实现更大的编码增益。例如，CLAUDE BERROU的美国专利5446747“利用至少两个并行系统常规编码的纠错编码方法，对应的迭代解码方法，解码模块和解码器”(BERROU专利)提供了与常规CDMA系统相比较的显著编码增益，常规系统的编码增益在前向链路和反向链路上分别为1/2和1/3。公开的BERROU专利在此引用作为参考。在BERROU专利中描述的这种编码方案通常称为“TURBO编码”。通常，TURBO编码允许以多个方法对单一信号进行编码以同时传输。因此，单一信号的多个编码版本可以被接收和被合并以实现增加的编码增益。另外，只接收单一信号的编码版本之一的接收机仍然具有有关该信号的足够信息以完全对其解码。

到目前，还没有任何通信系统利用TURBO编码来提高在越区切换区域和越区切换操作期间的系统性能。BERROU专利建议TURBO编码只用于高斯信道，不用于受衰落影响的信道。结果，BERROU只发射信息信号和两个校验位信号。

本发明通过组合成份编码/编码序列(例如TURBO编码)和软越区切换操作来解决上述问题，以便站(移动站或主站)可以通过涉及越区切换的两个不同基站接收基于相同信息信号的两个不同编码数据流。本发明在基于移动通信系统的蜂窝和卫星上利用迭代解码以及编码合并和分组合并的组合。这使接收机能够在越区切换期间有效合并两个编码信息信号，因此导致较低编码率和增强的蜂窝系统性能。

这样，本发明的目的是改善越区切换期间的无线电通信质量。

本发明的另一个目的是增强通信系统沿小区边界的性能。

更具体地，本发明的目的是使用TURBO编码或类似编码来增强通信系统软越区切换操作的性能。

本发明的目的是通过对移动站提供使用来自一个基站的未交织信息序列的第一编码信号和使用来自第二基站的交织信息序列(与第一编码信号不同)的第二编码信号实现越区切换。

本发明的另一个目的是使用TURBO编码提供两个不同编码信号，该信号可以由移动站更清楚地合并以实现有效和更高编码率。

本发明的进一步目的是使任何类型的通信系统能够利用TURBO编码增强系统性能，提供空前的编码增益。

为理解本发明如何实现上述目的，首先考虑本发明的一个方面将有所帮助。在此方面中，本发明涉及蜂窝通信系统内在基站之间实现移动站服务越区切换的方法。适合的蜂窝系统例子包括陆地蜂窝系统和卫星类型蜂窝系统。

该方法涉及在移动站和第一基站之间传递信息，利用针对该信息第一版本的TURBO编码/解码方案。测量第一基站和另一个基站所发射导频信号的强度，以确定越区切换需要。在越区切换期间移动站和第一基站之间的信息传递继续进行，同时在移动站和另一个基站之间建立通信。在移动站与第二基站之间的通信也使用TURBO编码/解码方案，但是这些通信的TURBO编码针对该信息的第二版本。在优选实施例中，该信息的两个版本包括输入信息和输入信息的交织版本。该方法也包括当第一基站的导频信号强度下降到预定电平之下预定时间段时终止移动站与第一基站之间的通信。

在典型实施例中，在与第一基站的通信终止后与另一基站的通信继续。但是，该继续通信利用基于该信息第二版本的TURBO编码/编码方案。

本发明的其它方面涉及用于实现本发明移动通信的系统和/或接收机。

本发明的这个方面涉及移动通信系统。该系统包括一个数字数据源，用于与多个移动站中的预定一个进行通信。在蜂窝电话例子中，该信号源可以是声码器，在手机中或蜂窝网络的某地。

第一成份编码器耦合到信号源，将数字数据编码为第一码序列。该系统还包括一个交织器，对数字数据进行交织。第二成份编码器耦合到交织器，将交织的数字数据编码为第二码序列。该系统还包括两个码收缩器，耦合到成份编码器上。第一码收缩器选择性地将第一码序列中的数据替换为从第二码序列中所选择的数据，形成第一收缩码序列。第二码收缩器选择性地将第二码序列中的数据替换为从第一码序列中所选择的数据，形成第二收缩码序列。两个发射机在分配给预定移动站的两个逻辑信道上发送信息。该系统包括一个控制器，耦合到第一和第二发射机。在越区切换操作期间，控制器使第一发射机广播携带数字数据以及第一收缩码序列的第一信道，该控制器还使第二发射机广播携带交织数字数据以及第二收缩码序列的第二信道。

这些系统单元可以是网络单元，例如包括基站中的发射机。另一个方式，这些单元可以是移动站的一部分。例如在后者情况下，移动站包括在越区切换期间发射信号给两个基站的发射机。本发明的优选实施例利用基站到移动站的前向信道和移动站到基站的反向信道两者上的TURBO编码/解码方案。

本发明的另一个方面涉及接收机系统。接收机系统包括至少一个天线用于接收来自发射机的信号。处理电路耦合到该天线，在越区切换期间恢复来自两个逻辑信道的数据。接收机系统包括一个智能解码器，耦合到处理电路。该单元在越区切换期间对来自第一和第二逻辑信道的信号进行解码，以恢复数字数据的精确表示。

在优选实施例中，接收机包括两个多路分解器，一个编码合并器和该智能解码器。第一多路分解器处理第一所接收数据流，以恢复对应于数字通信信息的数字数据和第一编码序列。第二多路分解器处理第二所接收数据流，以恢复对应于数字通信信息交织版本的数字数据和第二编码序列。编码合并器耦合到第一和第二多路分解器。编码合并器处理两个编码序列，以恢复对应于数字通信信息的第一成份编码序列和对应于数字通信信息交织版本的第二成份编码序列。

智能解码器耦合到编码合并器。在该实施例中，解码器处理所恢复的对应于数字通信信息，所恢复的数字通信信息的交织版本的数字数据和第一和第二成份编码序列，以产生数字通信信息的精确表示。

智能解码器最好是一个迭代TURBO解码器，尽管本发明包括其它类型迭代解码器。优选的迭代TURBO解码器包括两个MAP解码器，一个分组合并器，两个交织器和两个去交织器。第一MAP解码器耦合到与对应于数字通信信息的所恢复数字数据和第一成份编码序列对应的编码合并器的输出。第一交织器将对应于数字通信信息的所恢复数据交织并提供结果给分组合并器的输入。分组合并器将该数据与所恢复数字通信信息的交织版本合并，并将结果提供给第二解码器的一个输入。第二交织器将第一MAP解码器的输出交织，并且将结果提供给第二MAP解码器的第二输入。第二MAP解码器还响应对应于第二成份编码序列的编码合并器的输出。第一去交织器提供有关来自第二解码器的未交织信息序列的外在信息反馈给第一解码器，并且第二去交织器将第二解码器的输出去交织，以在预定数量迭代完成后提供智能解码器的输出。

尽管该说明书公开了使用TURBO编码，也可以与本发明结合使用其它编码方案，例如常规卷积码和乘积码。该新的技术提供了(1)由BER(比特误码率)测量而体现的改善的通信性能(2)与常规越区切换系统相比改善的通信掉线可能性。因此，本发明通过改善越区切换可靠性而增加了系统容量。

本发明提供在越区切换期间例如分别是1/4、1/6(1比每个比特编码码元数量)的编码率而不增加带宽要求，并且在单一基站服务的正常小区内(或单个卫星波束)操作期间仍然提供各自的前向和反向链路编码率1/2和1/3。通过由一个基站发射具有适当收缩奇偶校验序列的原始序列和由另一个基站发射具有收缩奇偶校验序列的另一个码型的交织数据序列实现编码率增强。在接收机上，交织序列和未交织的原始序列通过分组合并器进行合并，收缩奇偶校验序列由编码合并器进行合并。该码合并和分组合并技术提供了编码增益并减少蜂窝和卫星系统上的有害衰落影响。

在相同发明人发明并且转让给本发明受让人的共同待决美国专利08/908045“TURBO编码卫星数字音频广播的方法和系统”中描述了利用TURBO编码技术用于卫星数字音频广播的系统。上述申请的公开内容在此引用作为参考。

本发明将越区切换处理与迭代解码处理结合提供了对用户完全透明的本身强大的、无缝隙转接。它提供了与现有技术越区切换方法相比在蜂窝和多波束和/或多卫星环境中“最软”和最可靠的越区切换。

本发明通过组合编码分集和分组合并以及迭代解码而允许甚至FDMA和TDMA系统进行一种软越区切换机制；假设接收设备具有通过两个信道通信的能力----两个频率分集接收机用于FMDA和用于多小区TDMA，或单一小区TDMA中的两个时隙。例如，在FDMA或TDMA环境中来自两个基站的信号可以利用适当收缩不同地编码和在接收机上不同地组合以实现更高编码率。

本发明的其它目的、优点和新颖特征在部分地说明书中描述，部分地可由本领域技术人员审看下面说明或实践本发明来了解。本发明目的和优点是通过权利要求书中特别阐述的手段和组合实现和获得的。

通过举例方式而非限定方式描述了本发明的附图。在图中相同的参考数字代表相同或相似的单元。

图1是移动站上常规CDMA分集合并器接收机的方框图；

图2是基站上常规CDMA分集合并器在反向业务信道上工作的方框图；

图3是移动站或基站上分集合并器的图形表示；

图4是涉及移动站越区切换的两个基站的示意图；

图5是在越区切换期间用于传输的前向业务信号处理的方框图；

图6是在越区切换期间使用的TURBO编码器的方框图；

图7是图6的TURBO编码器使用的收缩器和多路复用器的方框图；

图8是移动站接收机的方框图；

图9提供表示用于图8接收机中使用的分组/编码合并器和迭代解码器的图；

图10是移动站上反向业务信号发射机的方框图，表示在越区切换期间的信号处理；

图11是在两个基站上的反向业务接收机、和主交换中心的方框图，重点强调越区切换期间反向信道信号处理的说明；

图12是具有移动站的多卫星系统的示意图，可以应用本发明；和

图13是多波束卫星系统的示意图，可以应用本发明原理；

图14是TURBO编码器系统实施例的功能方框图，用于例如具有编码率1/6的反向链路。

图15表示图14实施例的收缩器和多路复用器具有各种输入和输出比特流，对理解收缩器工作以及实施例中产生的编码率有用。

图16表示在基站和主交换中心的示范性反向业务信号解码器，在越区切换期间以1/6编码率工作的情况。

本发明利用分集合并软越区切换技术与常规技术相比改善了越区切换操作期间的呼叫可靠性。通过在越区切换操作期间实施编码分集合并和分组合并结合迭代解码处理提供性能增强。改善的通信可以用于前向链路或反向链路或两者。本发明也可应用于陆地蜂窝系统和基于卫星的蜂窝系统。

在本发明相同发明人发明并且转让给本发明相同受让人的美国专利08/908045“TURBO编码卫星数字音频广播的方法和系统”中描述了利用TURBO编码技术用于卫星数字音频广播的系统。上述申请的公开内容在此引用作为参考。

如图4所示，如果移动站401从基站A的覆盖区402转移到基站B的覆盖区403，必须发生越区切换处理以保持呼叫信号的完整性。当移动站401在越区切换区域404内一般发生越区切换。

所示的例子是具有各个基站服务于不同小区或覆盖区的陆地蜂窝网络。术语“基站”在此表示至少在与移动站通信对话期间具有与移动站有关的相对固定服务区的任何站。多个基站可以设置在同一位置并有效地形成服务于不同小区的一个基站。“基站”可以包括一个或多个卫星的收发信机，并且可以设想各种其它设置。

按照本发明的设想，在越区切换处理期间两个基站与移动站401通信。在优选实施例中，两个基站发送TURBO编码信号给移动站以提供无缝隙和透明或“最软”越区切换。如同下面讨论的，越区切换期间两个基站A和B最好接收来自移动站401的TURBO编码信号。

如同在BERROU的专利中所公开的，TURBO编码信号的迭代编码方案提供了对于给定编码率的接近理论信道容量极限的空前编码增益，而且通过利用固有内置特征即编码分集合并和交织而提供了高度灵活的系统方案。此新颖发明在越区切换期间提供了比仅仅使用具有高于阈值电平的强信号强度的一个基站的小区内正常单一路径操作更高的呼叫可靠性。

本发明不限于前面描述的移动站启动的越区切换处理。它可以用于基站启动的越区切换处理而没有上述缺点，因为本发明性能对于会造成不稳定和频繁越区切换的信号波动具有更高抵抗性。本发明也不限于话音通信。无线通信可以承载任何数字数据，包括话音、图象、视频、文本文件或多媒体信息。

应注意，本发明原理可以应用于前向信道和反向信道通信两者。首先考虑应用于越区切换期间的前向信道通信。在图5中表示越区切换期间从基站A和B进行前向业务信号处理的方案。

在该例子中，主交换中心(MSC)504首先对前向业务信号进行数字化和适当编码，例如通过使用声码器501。数字数据在此是要传输给预定用户的移动站或接收机。声码器501为该站提供数字数据给TURBO编码器502。如果该业务是一些信息而非话音，数字信息可以来自主交换中心504内或所连接的其它类型信号源。

前向业务信号在502内被TURBO编码，以对付信道噪声和衰落。在MSC504上TURBO编码器502的输出分别交换给适当的基站A(505A)和B(506B)。如同下面更详细地讨论的，发送给这些基站之一的数据流包括给特定移动站接收机的数字数据流和第一收缩码序列。发送给另一个基站的数据流包括给特定移动站的相同数据的交织版本和第二收缩码序列。

在基站505A和B中，数据流由合适沃尔什序列W_i506和W_j507以常规CDMA系统公知的方式调制，并且为简单地表示本发明在图5中省略了功率控制位插入方案和同步、寻呼和其它业务信道。沃尔什调制的导频信号503A、503B然后与各自的沃尔什调制TURBO编码信号506A、507B相加。产生的信号508A和508B经调制然后从各自基站发射。

优选实施例的TURBO编码技术产生至少四个发射的比特流。第一比特流是用于特定移动站的数字数据流或业务信息。作为编码处理的一部分，编码器也产生用于特定移动站的数字数据流或业务信息的交织表示。其它两个数据流是收缩码序列。每个收缩码序列包括两个成份编码校验序列的所选择部分。通过处理用于特定移动站的数字数据或业务信息形成一个成份编码校验序列。另一个成份编码序列通过处理用于特定移动站的数字数据流或业务信息的交织表示形成。

按照本发明，一个基站505A发射或广播包含特定移动站的数字数据或业务信息和第一收缩码序列的信号508A。在典型环境中，在包括基站发射机505A服务的小区覆盖区或扇区的第一区域中时，移动站也可以接收该信号508A。越区切换期间，涉及越区切换的另一个基站发射或广播包含特定移动站的数字数据或业务信息的交织版本和第二收缩码序列的信号508B。这样，来自第二站的发射与来自第一站的不同。

越区切换期间，移动站接收两个基站的广播，包括所有四个比特流。因此，对于在主交换中心504中由信源声码器501产生的原始数字信息的一个比特，移动站401接收高达来自两个基站的505A、505B的四个比特的TURBO编码信息，编码率是1/4。

在典型环境中，移动站完成从基站A到基站B的越区切换。该系统终止基站A的发射而继续基站B的发射。这样，移动站中的接收机连续接收信号508B，只要它在包括基站发射机505B服务的小区覆盖区或扇区的第二区域中。由主交换中心控制移动站是否操作通过基站A或通过基站B或两个基站的信号的操作状态，并且广播给移动站。

如果与移动站的会话继续，移动站可以通过相同越区切换区转移回到基站A小区中，或通过另一个越区切换区转移到第三基站的小区中。第二越区切换的操作与第一越区切换相同，除了新基站将发送未交织数据信号和第一收缩码序列的等同物。

在某些情况下，越区切换期间移动站实际可以接收来自三个或更多基站的发射。在任何情况下，一个、两个或更多基站可以发射交织数据和相关收缩数据流；并且一个、两个或更多基站可以发射未交织数据或相关收缩数据流。接收机以处理来自一个基站的多径传输版本的方式处理这些多重传输。接收机中的前端电路将所有未交织数据和相关收缩数据流的副本合并成为一个信号组用于解码；并且接收机中的前端电路将所有交织数据和相关收缩数据流的副本合并成为一个信号组用于解码。

主交换中心504的中央处理器跟踪哪个比特数据流进入每个基站。中央处理器随后控制中心的交换功能以将正确数据流提供给各自基站。在接收机中的控制也根据与各自基站通信的特定数据流的符号控制操作。

在小区内的，单一基站服务于一个移动站的正常操作期间，发射机和接收机的配置与越区切换期间是相同的。当接收来自例如A站时，本发明移动站的接收机从系统化未交织序列并通过插入中性值“零”自动估计用于迭代解码的交织序列和收缩校验序列的丢失单元。类似地，当从例如B站接收时，接收机从系统化交织序列并通过插入中性值“零”自动估计丢失单元和交织序列和收缩校验序列。

图6表示了前面所讨论TURBO编码器502的功能单元。TURBO编码器502包括两个成份递归卷积编码器602A、602B之间的交织器601，以随机方式排列输入数字话音信息序列。这两个编码器能够执行各种编码算法。

交织器601的大小和序列排列算法是TURBO编码性能的重要参数。通常，当交织器大小增加时，系统性能同样增强。但是，交织器大小受系统因素限制，例如可允许的话音等待和帧误码率。例如，话音通信不能容忍长等待；因此，能够具有高达约400比特的交织器大小。其它数据通信例如图象、视频、文件传输没有交织器大小方面的这些限制。典型蜂窝系统应用传输各种数字数据，但它们也必须适应话音电话类型业务的数字通信。

交织器601进行的序列排列打破了两个编码序列之间的互相关。序列排列方法可以是随机产生序列排列图的纯随机交织器或可以是BERROU专利中建议的系统化算法。应该利用P.ROBERSON(参考：交织器设计方法)建议的交织器设计算法优化小交织器序列排列。本发明不限于任何序列排列算法或交织器大小。

图6中示范性成份编码器602A、602B的操作由多项式表达式描述：

(1，g₂/g₁)＝(1，1+D+D³+D⁴/1+D³+D⁴) (1)所示编码的常规八进制表示是(g₁，g₂)＝(27，33)。在此，g₁代表反馈连接而g₂代表前馈连接。所示成份编码器602A和602B相同，每个具有四个存储器单元和相同的多项式表达式。但是，本发明不限于该特定表达式也不限于存储器单元数量，该数量比约束长度小一。

两个编码器602A、602B的校验序列输出Y₁、Y₂被输入给校验收缩器603A、603B以产生两个不同的收缩序列，在图7中更详细地描述。收缩器603A、603B将收缩序列分别输出给多路复用器604和多路复用器605。收缩校验序列输出与数据流X₁和X₂多路复用，代表未改变的源序列d_k和交织序列d_ki。

为进行讨论，假设移动站正进行话音电话型呼叫。在越区切换操作中，图6中d_k所代表的原始话音数据序列被提供给编码器602A，该编码器将系统化话音数据X₁的未改变副本输出给多路复用器604的输入之一，以最后传输到基站A的信号路径上。话音数据d_k还被提供给第一成份递归卷积编码器602A，其提供校验输出Y₁给第一收缩器603A的一个输入和给第二收缩器603B的一个输入。话音数据序列d_k也被提供给交织器601。通过上述序列排列方法，交织器601排列所接收序列的d_k并且产生d_ki。第二成份递归卷积编码器602B接收交织的话音数据信号d_ki。未改变的交织信号d_ki以系统化形式作为序列X₂提供给多路复用器605的一个输入用于最终传输给到基站B的信号路径。d_ki的副本被提供给第二成份编码器602B，其对音频数据的每个交织比特编码并且产生校验序列Y₂，其被提供给两个收缩器603A、603B。

如图7所示，根据交替Y₁和Y₂比特输出序列中的收缩码型[0，1/1，0]，第一收缩器603A收缩由话音数据序列d_k和d_ki产生的校验输出Y₁和Y₂(图6中所示)。根据交替Y₁和Y₂比特输出序列中的收缩码型[1，0/0，1]，第二收缩器603B收缩由未交织话音数据序列d_k和交织话音数据序列d_ki产生的校验输出Y₁和Y₂。主交换中心对每个基站提供两个数据流。在本例子中，越区切换期间，主交换中心以多路复用形式提供原始数字信息数据流X₁和来自收缩器603A的第一收缩码序列给基站A。主交换中心以多路复用形式提供数字信息的交织版本X₂和来自收缩器603B的第二收缩码序列给基站B。

以此方式，按照本发明的优选实施例，越区切换期间(或小区内工作期间)前向传输可以提供1/2收缩编码率给到基站A和B之一的每个信号路径。通过发射未交织系统化序列X₁和交织系统化序列X₂结合在移动站接收机中使用编码分集合并和分组合并，该系统在越区切换期间提供总的1/4编码率，提供比已知越区切换方法改善的性能。常规CDMA系统的前向信道限制在1/2编码率内。

要发射的TURBO编码的话音数据信号包括数据序列X₁、Y₁、X₂、Y₂。完全未改变的话音数据和信息部分d_k表达为X₁，具有下列序列

X₁＝＞x₁(0)，x₁(1)，x₁(2)，x₁(3)…，x₁(n)，…，x₁(N) (2)其中n是比特定时指数；和

N＝帧大小。

通过将交织器大小与尾比特序列相加确定帧大小N，以终止格栅为零状态。在该例子中，需要一个4尾比特序列，因为图6中所示的四个存储器。

同样地，第二交织未编码话音数据序列d₂表示为X₂，并且具有下列序列：

X₂＝＞x₂(0)，x₂(1)，x₂(2)，x₂(3)…，x₂(n)，…，x₂(N) (3)其中n＝比特定时指数；和

N＝帧大小

第一成份编码器602A产生(1)系统化序列输出X₁；和(2)使用未交织序列d_k的校验序列输出Y₁。第二成份编码器602B产生(1)系统化交织序列X₂；和(2)使用交织序列d_ki的校验序列输出Y₂。校验序列输出Y₁具有下列序列：

Y₁＝＞y₁(0)，y₁(1)，y₁(2)，y₁(3)…，y₁(n)，…，y₁(N) (4)其中n＝比特定时指数；和

N＝帧大小

校验序列输出Y₂具有下列序列：

Y₂＝＞y₂(0)，y₂(1)，y₂(2)，y₂(3)…，y₂(n)，…，y₂(N) (5)其中n＝比特定时指数；和

N＝帧大小

当收缩器将收缩码型应用于Y₁和Y₂序列，第一收缩器603A的输出具有下列序列；

y₂(0)，y₁(1)，y₂(2)，y₁(3)…； (6)作为收缩码型[0，1/1，0]的结果。

第二收缩器输出具有下列序列：

y₁(0)，y₂(1)，y₁(2)，y₂(3)…； (7)作为收缩码型[1，0/0，1]的结果。

产生的收缩输出在多路复用器604、605上分别与序列X₁和X₂多路复用。两个编码器的输出产生总的1/4的编码率，并被收缩和多路复用成为两个单独信号路径A和B—每个具有各自1/2的编码率。因此，来自多路复用器604的输出序列表示为：

x₁(0)，y₂(0)，x₁(1)，y₁(1)，x₁(2)，y₂(2)，… (8)多路复用器605的输出序列表示为：

x₂(0)，y₁(0)，x₂(1)，y₂(1)，x₂(2)，y₁(2)，… (9)

越区切换期间，多路复用器604的输出被发射给基站A而同时多路复用器605的输出被发射给基站B。在越区切换涉及的基站有关的每个前向业务信道上执行扩展和合并处理，例如名称为“在CDMA蜂窝电话系统中产生信号波形的系统和方法”的美国专利5103459中所描述的方法。

此后，在移动站接收机上，如果来自两个基站A和B信号可用，如同在越区切换期间一样，本发明的编码分集合并和分组分集合并实现基于每一个输入系统化比特d_k的一个数据比特和一个交织比特和两个校验比特的总的1/4编码率。

该编码处理极大地增强了常规CDMA蜂窝系统的性能。这种系统是折衷的，因为在移动站接收机上出现来自每个基站的相同信号，浪费宝贵的功率和带宽而没有改善编码增益。常规CDMA移动站接收机接收来自两个基站的相同信号并且总性能限于1/2的编码率。在本发明中，来自每个基站的信号将具有用于估计来自与移动站通信的任何其它基站的丢失话音数据和用于成功执行迭代算法所必须的所有信息。除了以1/4编码率改善性能外，其它优点包括减少或缓解衰落、遮蔽和/或其它传输信号损失。本发明利用1/4编码率的实际比特误码率(BER)在越区切换期间产生了比利用1/2编码率的基站提供的正常小区内操作更好的性能。在越区切换期间的性能优势和用户透明度提供了“最软越区切换”。

图8和9表示本发明示范性移动站接收机。

移动站包括一个天线801，该天线连接到双工器802以允许同时通过单一天线发射和接收。为方便讨论，图8只表示了所接收信号的处理单元。双工器802提供所接收信号给模拟接收机803。在正常小区内操作中，该天线收集来自单一服务基站的信号。模拟接收机803接收来自双工器的RF信号，将该信号放大和转换为IF频率，以应用于数字接收机804A、804B和搜索接收机805。越区切换期间，该天线收集基站A和基站B所发射信号。

该天线801、双工器802和模拟接收机803是例如名称“CDMA蜂窝电话系统中的分集接收机”的美国专利5109390中所描述的CDMA蜂窝电路的标准单元，该专利在此引用作为参考。移动站的标准设计包括一个发射信号放大器、一个发射功率控制单元，和一个发射调制器。但是，这些单元为简化说明从图8和9中省略。

IF信号通过具有适当带宽的带通滤波器以与所发射波形匹配。匹配滤波器的输出然后被一个A/D转换器(未示出)数字化以将IF信号转换为数字信号。数字化的信号提供给三个接收机中的每个，接收机之一是一个搜索接收机805，其它的是数据接收机804A、804B。搜索接收机805连续扫描来自当前服务于移动站的基站的导频信号，以及来自附近区域中其它基站的导频信号以进行越区切换处理。它测量所接收导频信号每码片能量与包括噪声的所接收总干扰频谱密度之比作为导频信号强度的测量。

测量出的导频信号强度由控制处理器816使用，在越区切换期间选择和处理来自两个不同基站A和B的信号。接收机804A处理来自基站A的包括来自基站A的多径信号的信号。接收机804B处理来自基站B的包括来自基站B的多径信号的信号。

本发明的接收机804A、804B处理来自两个不同基站的两个不同编码信号流，而不是如同常规CDMA接收机那样处理来自两个基站的相同信号。接收机804A和804B的输出分别是RxA和RxB。这些数据输出序列被提供给分组/编码合并器和迭代解码器806。分组/编码合并器和迭代解码器806有助于改善越区切换方法。

输出RxA和RxB是来自基站A和基站B的完全解调信号流。例如，分组/编码合并器和迭代解码器806输入处的RxA包括序列：

x₁(0)，y₂(0)，x₁(1)，y₁(1)，x₁(2)，y₂(2)，x₁(3)，y₁(3)… (10)和在分组/编码合并器和迭代解码器输入RxB上馈送序列：

x₂(0)，y₁(0)，x₂(1)，y₂(1)，x₂(2)，y₂(2)，x₂(3)，y₂(3)… (11)

这些是与来自多路复用器604、605的输出相同的序列，但是掺杂了噪声和衰落。最后这些信号(10)和(11)被处理以形成非常可靠的话音信号序列807，该序列通过用户基带处理器电路809被提供给声码器808。

如图9所示，分组/编码合并器和迭代解码器806有利地执行多路分解以将多路复用的信号分开成为系统化话音数据序列并且对校验序列去收缩。通过去收缩和重配置处理，实现了编码合并。分组/编码合并器和迭代解码器806包括一个具有两个多路分解器901A、901B的多路分解级，分别将每个信号RxA和RxB多路分解。如上所述，这些到多路分解器901A、901B的输入信号是掺杂了信道噪声和其它外部成份例如衰落的编码话音数据信号序列的估计值。

每个多路分解器901A和901B将RxA和RxB数据分开成为系统化恢复的数据信息序列902XA和902XB和恢复的收缩校验数据序列902YA和902YB。编码合并器904对该序列去收缩并且实现编码分集合并，以便输出未交织恢复信息信号序列X₁和恢复的第一去收缩校验序列Y₁的系统化形式给第一MAP解码器905。第一MAP解码器905与TURBO编码器的第一递归系统化卷积编码器602A是对称的。分集合并器904还输出恢复的交织信息信号序列X₂和对应的恢复第二去收缩校验序列Y₂的系统化形式。恢复的交织信息信号序列X₂被输出给最大比例分组合并器909，而第二去收缩校验序列Y₂被输出给第二MAP解码器906。第二解码器906的操作与第二递归系统化卷积编码器602B对称。例如，从两个多路分解器输入给校验序列合并器904的信号可以是下列：

902XA＝x₁(0)，x₁(1)，x₁(2)，x₁(3)，……

902YA＝y₂(0)，y₁(1)，y₂(2)，y₁(3)，……

902XB＝x₂(0)，x₂(1)，x₂(2)，x₂(3)，……

902YB＝y₁(0)，y₂(1)，y₁(2)，y₂(3)，…… (12)

校验序列合并器904重配置未交织和交织的校验序列902YA和902YB。因此，校验序列合并器904的输出是下列：

x₁(0)，x₁(1)，x₁(2)，x₁(3)，……

y₁(0)，y₁(1)，y₁(2)，y₁(3)，……

x₂(0)，x₂(1)，x₂(2)，x₂(3)，……

y₂(0)，y₂(1)，y₂(2)，y₂(3)，…… (13)

第一MAP解码器905进一步接收来自第二MAP解码器906的反馈回路，如同在此所定义的。这样使用前面估计的数据序列改善了连续迭代的可靠性。可靠性信息和反馈回路已经在TURBO编码文章中描述为“外来信息”并且很好理解。

MAP解码器905、906在本领域中称为功率成份最大值A后验概率(MAP)解码器。在第一次迭代中，MAP解码器接收由校验序列合并器904提供的含噪声的X₁和Y₁序列输入并且反馈信号被设置为中性值(设置为0)。第一MAP解码器905的输出表示原始数字信息信号d_K的外来信息，其是解码数据序列的可靠性并且表示为∧₁ ^(X1)。外来信息信号被提供给一个交织器907以利用与编码器交织器601相同的排列算法交织该信息。

来自交织器的输出信号∧₁ ^(X2)被馈送给第二MAP解码器906作为与数据序列X₂有关的先验信息。校验序列合并器904的输出X₁被提供给交织器908，以利用与编码器交织器601相同的排列算法交织该信息。交织器908的输出在最大比例分组合并器909中与X₂合并，以利用常规最大比例合并算法实现来自基站A和基站B的编码信号的分组分集合并。通过将两个加权信号流相加完成最大比例合并，信号流的加权系数与测量出的信号强度成正比。

最大比例合并器的输出表示为：

X₂(合并后)＝a₁X₁(交织后)+a₂X₂ (14)其中a₁和a₂分别是测量出的X₁和X₂的相对信号强度。最大比例分组合并器909提供与现有技术相比显著的改善并且将来自基站A的数字数据信息与来自基站B的交织话音数据信息合并。从最大比例分组合并器909输出的信号被提供作为第二MAP解码器906的一个输入。

第一MAP解码器905输出的交织外来信息被提供给第二MAP解码器906作为先验信息。校验序列合并器904的输出Y₂被提供给第二MAP解码器906。

第二MAP解码器906根据外来信息(即合并的交织序列X₂(合并后)和Y₂)工作。第二MAP解码器906也输出有关d_K1的可靠性数据作为外来反馈信号∧₂ ^(X2)。该信号被提供给去交织器910(反馈回路)，其用于去除估计的话音数据序列d_K的交织。在第一MAP解码器905和第二MAP解码器906之间进行预定数量迭代后，第二去交织器911提供最后的d_K估计值输出信号给硬限幅器912。

所执行的迭代数量取决于系统性能标准，例如最终比特误码率，延迟容差，和可允许处理功率。因为在延迟方面会话音通信的严格限制，迭代数量限制在两个半(21/2)以用于示范性介绍。但是，数据例如不受延迟影响的视频、图象和多媒体通信可以具有所需的更高的迭代数量。硬判决器(限幅器)912对所提供信号进行公知方式的操作，以在预定数量迭代后形成d_K，以便对每个比特输出两个二进制状态之一。例如，高于零被指定为+1，而低于零指定为-1。

对于话音电话型信源信息，d_K信号被提供给用户基带处理913和声码器，以对该话音数据信号解码并且将其提供给扬声器用于用户收听。对于其它类型的业务或信息，限幅器的比特流输出可以到达适当的数字数据处理设备，例如数据显示器、视频处理等。

简化形式的MAP解码器905、906也可以应用于本发明，例如由HAGENAUER建议的SOVA(软输出VITERBI算法)解码器或简化形式的软输入软输出解码器。

在目前所讨论的第一例子中，蜂窝网络利用创造性编码/解码用于前向信道通信的越区切换。本发明也可以应用于从移动站到基站A和B的反向业务信号。图10和11表示了移动站和基站的反向信道处理单元，特别是在越区切换操作期间使用。

如图10所示，移动站包括一个声码器1001和一个TURBO编码器1002。声码器1001向TURBO编码器1002(图14)提供话音信号。声码器1001向TURBO编码器1002提供未改变的话音信号d_K，如图10和14所示。在反向业务方向，有可能通过利用每个编码器中的第二组抽头实现1/6的编码率，以产生两个额外的编码校验数据序列(例如Y₂，Y₄)，如同后面所描述的。信号被编码后，该信号首先由正交调制器1003A、1003B调制，然后用越区切换期间用于各自服务呼叫的基站的适当长码在1004A、1004B上标记。该编码调制和标记是常规的并且在本领域是公知的。

涉及越区切换处理的基站A和B上的接收机在图11中表示。每个基站具有至少两个天线1103A1、1103A2、1103B1、1103B2。每个天线连接到一个接收机1104A1、1104A2、1104B1、1104B2。每个天线将其所接收信号提供给各自的接收机。只表示了一个接收机1104A1的细节。其它接收机1104A2、1104B1、1104B2是相同的。

与图8中表示的移动站中的接收机一样，基站上的接收机包括一个模拟接收机1105，各种数字数据接收机1106、1107和一个搜索接收机1108。这些接收机执行与图8的恢复中的类似元件相似的功能。由于通过两个天线例如1103A1、1103A2产生路径分集，由单一基站中分开的接收机所接收信号在解码前必须由分集合并器1109合并。合并后的信号最后被提供给主交换中心1120上的分组/编码合并器和迭代解码器1121。分组/编码合并器和迭代解码器1121用图16所示的方式工作。一旦该信号被解码，它被通过交换网络(未示出)馈送给用户基带处理器1123和声码器1124以传输作为音频信息的该信号给扬声器1125由最终用户收听。

为理解容易，上述讨论着重于陆基蜂窝通信系统。另外，本发明可以用在多卫星系统中，该系统必须具有越区切换能力以保持话音通信或者数据通信会话。在这种实施例中，例如图12所示，当移动单元1205进入两个卫星重叠的覆盖区1206时发生越区切换。一个卫星覆盖区是在地面上由该卫星波束覆盖的区域。第一卫星1201具有一个覆盖区1203。卫星1201具有一个发射机用于将信号广播到覆盖区和一个接收机系统用于从覆盖区接收信号，用与蜂窝实施例类似的方式。第二卫星1202具有独立覆盖区1204，该卫星也提供类似上面讨论的蜂窝系统的发射和接收。覆盖区1203和覆盖区1204在越区切换区1206上重叠。卫星通信系统一般安排卫星波束使得覆盖区重叠以保证在覆盖区之间没有服务间隙。当移动单元1205进入越区切换区1206时，上述相同的软越区切换程序和递归卷积迭代解码可以用于完成在多个卫星系统之间的越区切换。

如图13所示，本发明另一个实施例设想在位于多波束卫星系统1305的重叠覆盖区1302、1303和1304之间的越区切换区1301中完成软越区切换程序和递归卷积迭代解码。用于各个覆盖区波束通信的发射机和接收机电路全部安放在一个卫星上。

在上述实施例中，越区切换期间的编码率是1/4(一个输入比特编码成为4个传输比特)。发射方发送一个信道信息，包括原始数字化信息和第一收缩编码流。发射方发送第二信道信息，包括交织版本数字化信息和第二收缩编码流。但是，预想按照本发明的通信可以利用TURBO编码实现甚至更低的编码率。在上述的一个例子中，CDMA蜂窝系统中的反向信道通信可以利用1/6编码率的编码进行工作。图14和15显示提供1/6编码的TURBO编码系统的单元，最好用于反向信道通信。

图14提供了TURBO编码器实施例的高层功能说明。TURBO编码器在输入1401接收用于发射的数字信息d_K。例如在电话通信的蜂窝手机中，数字信息d_K将是数字化和压缩的来自声码器等的话音信号。在其它应用中，数字信息d_K实际上可以是用户要通过无线电空间接口发送的任何其它类型的数字数据。

在1401输入的数字信息d_K被直接提供给第一多路复用器1407A的一个输入上作为数据流X₁。输入1401也耦合数字信息d_K到交织器1402的输入。交织器1402以与图6中交织器601类似的方式交织数字信息d_K，以破坏随后产生的编码序列之间的互相关。

TURBO编码器还包括两个成份递归卷积编码器1403A、1403B。第一编码器1403A直接从输入1401接收数字信息X₁。交织器1402将数字信息的交织版本提供给成份递归卷积编码器1403B。

成份递归卷积编码器1403A处理数字信息以产生两个校验序列Y₁，Y₂。成份递归卷积编码器1403B处理数字信息的交织版本以产生两个另外的校验序列Y₃，Y₄。

每个卷积编码器1403包括一系列延迟单元D，在所示例子中表示为四个，和一个反馈回路。在每个编码器中，来自延迟单元线路的两个不同系列抽头提供了不同的编码校验序列。图14表示作为相同系统的成份编码器1403A和1403B，每个具有四个延迟单元和用于两个校验序列的相同多项式表达式。但是，本发明不受特定多项式和存储器单元数量的限制，存储器单元数比结束长度少一。

为讨论该例子，假设g₁代表反馈连接，g₂₁代表一个前馈连接而g₂₂代表其它前馈连接。在编码器中的这三个信号的多项式表达式为：

g₁＝1+D³+D⁴

g₂₁＝1+D+D³+D⁴

g₂₂＝1+D²+D⁴ (15)

每个成份递归卷积编码器1403A、1403B将其两个校验编码序列提供给两个收缩器1405A、1405B的输入。按另一个说法，每个收缩器1405A、1405B的四个输入包括四个校验编码序列Y₁、Y₂、Y₃和Y₄。每个收缩器提供两个单独的收缩编码序列给对应多路复用器的输入。

第一收缩器1405A提供其两个收缩编码序列给多路复用器1407A的第二和第三输入。多路复用器1407A将第一收缩编码序列和第二收缩编码序列与数据流X₁中的原始数字信息合并到一起。例如对于CDMA手机反向信道传输的应用，多路复用器1407A提供合并信息给第一发射电路，用于在到基站A的第一逻辑信道上进行CDMA传输。

第二收缩器1405B提供其两个收缩编码序列给多路复用器1407B的第二和第三输入。多路复用器1407B将第三收缩编码序列和标识为X₂的数据流中的数字信息的交织版本合并到一起。对于CDMA手机例子的反向信道传输，多路复用器1407A提供合并信息给第二发射电路，用于在到基站B的第二逻辑信道上进行CDMA传输。

图15表示了具有各种输入和输出比特流的图14实施例中的收缩器和多路复用器。通常，收缩器1405A和1405B的工作与前面实施例中的收缩器相同，除了该收缩器适合于选择和合并四个输入校验信号部分以形成两个收缩序列外。图15表示两个收缩器1407A和1407B的收缩矩阵。

收缩器1405A实际上起类似于收缩器603A的两个合并的作用，它们中的一个处理信号Y₁和Y₂而另一个处理信号Y₃和Y₄。同样地，收缩器1405B实际上起类似于收缩器603B的两个合并的作用。

校验序列输出可以表示为：

y₁＝＞y₁(0)，y₁(1)，y₁(2)，y₁(3)，…，y₁(n)，…，y₁(N)；

y₂＝＞y₂(0)，y₂(1)，y₂(2)，y₂(3)，…，y₂(n)，…，y₂(N)；

y₃＝＞y₃(0)，y₃(1)，y₃(2)，y₃(3)，…，y₃(n)，…，y₃(N)；

y₄＝＞y₄(0)，y₄(1)，y₄(2)，y₄(3)，…，y₄(n)，…，y₄(N)； (16)

当收缩器将收缩码型应用于Y₁，Y₂，Y₃，Y₄序列时，收缩器1405A的第一输出具有下列序列；

y₂(0)，y₁(1)，y₂(2)，y₁(3)，y₂(4)，y₁(5)，…； (17)

作为收缩码型[0，1/1，0]的结果。同样地，当收缩器1405A将该码型应用于Y₃，Y₄序列时，收缩器1405A的第二输出具有下列序列；

y₄(0)，y₃(1)，y₄(2)，y₃(3)，y₄(4)，y₃(5)，…； (18)

作为收缩码型[0，1/1，0]的结果。收缩器1405A的总合并收缩码型矩阵是[0101/1010]。

第二收缩器1405B的第一输出具有下列序列：

y₁(0)，y₂(1)，y₁(2)，y₂(3)，y₁(4)，y₂(5)，…； (19)

作为收缩码型[1，0/0，1]的结果。当收缩器1405B将相同码型应用于Y₃和Y₄序列时，收缩器1405B的第二输出具有下列序列

y₃(0)，y₄(1)，y₃(2)，y₄(3)，y₃(4)，y₄(5)，…； (20)收缩器1405B的总合并收缩码型矩阵是[1010/0101]。

收缩器1405A提供头两个数据流17、18给第一多路复用器1407A的输入。多路复用器1407A通过其三个输入重复循环以将输入比特连接到其一个输出。多路复用器1407A因此将代表输入信息的比特流X₁与第一和第二收缩序列合并。多路复用器必须产生一个比特流序列：

X₁(0)，Y₂(0)，Y₄(0)，X₁(1)，Y₁(1)，Y₃(1)，

X₁(2)，Y₂(2)，Y₄(2)，X₁(3)，Y₁(3)，Y₃(3)……(21)

收缩器1405B提供头两个数据流19、20给第一多路复用器1407B的输入。多路复用器1407B通过其三个输入重复循环以将输入比特连接成其一个输出。多路复用器1407B因此将代表输入信息的交织版本的比特流X₂与第三和第四收缩序列合并。多路复用器必须产生一个比特流序列：

X₂(0)，Y₁(0)，Y₃(0)，X₂(1)，Y₂(1)，Y₄(1)，

X₂(2)，Y₁(2)，Y₃(2)，X₂(3)，Y₂(3)，Y₄(3)……(22)

两个编码器的输出产生对于每个单一输入比特的四个比特，编码信号的四个比特与输入信息的一个比特和该信息交织版本的一个比特的合并产生从一个输入比特导出的总共六个比特用于传输。因此，多路复用器的输出提供对于每个输入比特的六个传输比特，产生1/6的编码率。

在来自手机的反向信道传输例子中，序列21从第一多路复用器1407A传递到基站A的第一反向信道传输。序列22从第一多路复用器1407B传递到基站B的第二反向信道传输。

基站和有关主交换中心用图8和9中接收机使用的类似方式接收和解码1/6速率的反向信道传输。分组/编码合并器和迭代解码器适合于六比特数据流，具体地是对应输入信息的恢复数据流，对应该信息的交织版本的恢复数据流和对应四个收缩序列的恢复数据流。两个MAP解码器适合于分别处理三个序列，具体地是执行两个编码器1403A、1403B编码操作的相反操作。

在小区内工作期间，移动站将来自一个多路复用器的数据流之一发射给基站之一。考虑发射给基站A作为例子。在此情况下，移动站发射来自第一多路复用器1407A的序列21给基站A。基站A和主交换中心处理该数据流中的三个序列的比特(编码率1/3)以导出原始输入信息的精确表示。同样地，当移动站在反向信道上只发射给基站B时，移动站发射来自第二多路复用器1407B的序列(22)。基站B和主交换中心处理该数据流中的三个序列的比特(编码率1/3)以导出原始输入信息的精确表示。

在图16中详细表示了结合迭代解码器的反向信道校验编码合并器的例子。工作原理类似于前向信道的原理。

尽管上面描述了被认为是本发明的优选实施例的内容，应当理解本发明不限于这些具体实施例。本发明可以以各种形式和实施例实现，并且它可以应用于大量应用领域，在此仅仅描述了一部分。通过下列权利要求书要求保护在本发明实际范围内的所有这些修改和改进。

Claims

1.一种移动通信系统，包括：

数字数据信源，用于与多个移动站中预定的一个通信；

第一成份编码器，耦合到该信源，用于将数字数据编码为第一码序列；

交织器，耦合到该信源，用于交织该数字数据；

第二成份编码器，耦合到交织器，用于将交织的数字数据编码为第二码序列；

第一码收缩器，耦合到第一和第二成份编码器，用于以从第二码序列中所选择的数据选择性地替代第一码序列中的数据以形成第一收缩码序列；

第二码收缩器，耦合到第一和第二成份编码器，用于以从第一码序列中所选择的数据选择性地替代第二码序列中的数据以形成第二收缩码序列；

第一和第二发射机，用于在分配给预定移动站的第一和第二逻辑信道上发射信息；和

控制器，耦合到第一和第二发射机，其中在越区切换操作期间，控制器使第一发射机广播携带数字数据以及第一收缩码序列的第一信道，并且同时使第二发射机广播携带交织数字数据以及第二收缩码序列的第二信道。

2.如同权利要求1所述的一种移动通信系统，进一步包括一接收机，该接收机包括：

至少一个天线，用于从发射机接收信号；

处理电路，耦合到该至少一个天线，用于在越区切换期间从第一逻辑信道上恢复数据和用于在越区切换期间从第二逻辑信道上恢复数据；和

智能解码器，耦合到处理电路，用于在越区切换期间解码来自第一和第二逻辑信道的信号，以恢复数字数据的精确表示。

3.如同权利要求2所述的一种移动通信系统，其中该信源、成份编码器、收缩器、发射机和控制器是预定移动站的单元。

4.如同权利要求2所述的一种移动通信系统，其中接收机被包含在预定移动站内。

5.如同权利要求4所述的一种移动通信系统，其中第一和第二发射机是一个或更多个蜂窝网络基站的单元。

6.如同权利要求4所述的一种移动通信系统，其中第一和第二发射机是一个或更多个卫星的单元。

7.如同权利要求6所述的一种移动通信系统，其中第一发射机是第一卫星的一个单元并且在第一区域中发射，而第二发射机是第二卫星的一个单元并且在第二区域中发射。

8.如同权利要求6所述的一种移动通信系统，其中第一和第二发射机是多波束卫星的单元。

9.如同权利要求1所述的一种移动通信系统，其中第一和第二成份编码器的每个包括一个TURBO编码器。

10.如同权利要求1所述的一种移动通信系统，进一步包括：

第一多路复用器，用于将数字数据与第一收缩码序列一起多路复用并且提供多路复用数据给第一发射机；和

第二多路复用器，用于将交织数字数据与第二收缩码序列一起多路复用并且提供多路复用数据给第二发射机。

11.一种工作在移动无线电通信系统中的接收机系统，该接收机系统包括：

接收机电路，用于处理在越区切换期间从两个或更多个发射机接收的与移动站有关的调制信号，以获得第一和第二数据流；

多路分解器电路，耦合到接收机电路的输出，用于处理在越区切换期间所接收第一数据流以恢复对应于数字通信信息和第一编码序列的数字数据和以恢复对应于数字通信信息的交织版本和第二编码序列的数字数据；

编码合并器，耦合到多路分解器电路，用于处理该序列，以恢复对应于数字通信信息的第一成份编码序列和对应于数字通信信息交织版本的第二成份编码序列；和

智能解码器，耦合到编码合并器，用于处理对应于数字通信信息的恢复数字数据，数字通信信息的恢复交织版本和第一和第二成份编码序列，以在越区切换期间产生较低编码率用于数字通信信息的精确表示。

12.如同权利要求11中所述的一种接收机系统，其中该接收机系统是移动站的一个单元。

13.如同权利要求11中所述的一种接收机系统，其中该接收机电路包括蜂窝网络第一基站中的电路和蜂窝网络第二基站中的电路。

14.如同权利要求13中所述的一种接收机系统，其中至少编码合并器和智能解码器是位于蜂窝网络主交换中心中的单元。

15.如同权利要求11中所述的一种接收机系统，其中该接收机电路位于一个或更多个卫星中。

16.如同权利要求11中所述的一种移动接收机，其中智能解码器包括一个TURBO解码器。

17.如同权利要求16中所述的一种移动接收机，其中TURBO解码器包括：

第一解码器，耦合到与对应于数字通信信息的恢复数字数据和第一成份编码序列所对应的编码合并器输出；

分组合并器，用于将与对应于数字通信信息的恢复数字数据和数字通信信息恢复交织版本所对应的编码合并器输出所导出的两个独立数据流合并；和

第二解码器，响应第一解码器的输出、分组合并器的输出和对应于第二成份编码序列的编码合并器的输出。

18.如同权利要求17中所述的一种移动接收机，其中TURBO解码器进一步包括：

交织器，用于将来自第一解码器的数字输出信息耦合到第二解码器的输入；

第一去交织器，提供从第二解码器到第一解码器的反馈；和

第二去交织器，用于将来自第二解码器的输出去交织。

19.如同权利要求17中所述的一种移动接收机，其中第一和第二解码器包括MAP解码器。

20.一种工作在具有多个发射机服务小区或地理区域地段的无线通信系统中的移动接收机，该移动接收机包括：

接收机电路，用于处理从一个或更多个发射机所接收的用于移动接收机的调制信号，其中从一个发射机越区切换到另一个发射机的越区切换期间，该接收机电路能够处理从至少两个发射机所接收的要用于移动接收机的调制信号，以获得第一和第二前向数据流；

第一多路分解器，耦合到接收机电路的输出，用于处理越区切换期间所接收的第一前向数据流以恢复对应于要用于移动接收机的数字信息的数字数据和第一编码序列；

第二多路分解器，耦合到接收机电路的输出，用于处理越区切换期间所接收的第二前向数据流以恢复对应于要用于移动接收机的交织数字信息的数字数据和第二编码序列；

编码合并器，耦合到第一和第二多路分解器，用于处理越区切换期间第一和第二编码序列，以恢复对应于要用于移动接收机的数字信息的第一成份编码序列和对应于要用于移动接收机的交织数字信息的第二成份编码序列；和

智能解码器，耦合到编码合并器，用于根据对应于要用于移动接收机的数字信息的恢复数字数据，第一成份编码序列，对应于要用于移动接收机的交织数字信息的恢复数字数据，和第二成份编码序列来恢复要用于移动接收机的数字信息的精确表示。

21.如同权利要求20中所述的一种移动接收机，其中智能解码器包括一个TURBO解码器。

22.如同权利要求21中所述的一种移动接收机，其中TURBO解码器包括：

第一解码器，耦合到与要用于移动接收机的数字信息和第一成份编码序列所对应的编码合并器的输出；

分组合并器，用于将两个独立数据流合并，一个独立数据流是从对应于数字信息的恢复数字数据所导出的，另一个独立数据流是对应于交织数字信息的恢复数字数据；和

23.如同权利要求22中所述的一种移动接收机，其中TURBO解码器进一步包括：

第一去交织器，提供从第二解码器到第一解码器的反馈；和

第二去交织器，用于将来自第二解码器的输出去交织。

24.如同权利要求22中所述的一种移动接收机，其中第一和第二解码器包括MAP解码器。

25.一种在移动无线通信网络中传送数字数据的方法，包括：

检测预定移动站的服务越区切换需求；和

执行越区切换操作，所述越区切换操作包括：

(a)将数字数据成份编码成为第一码序列，

(b)交织数字数据，

(c)将交织数字数据成份编码为第二码序列，

(d)用从第二码序列选择的数据选择性替换第一码序列中的数据以形成第一收缩码序列，

(e)用从第一码序列选择的数据选择性替换第二码序列中的数据以形成第二收缩码序列，

(f)在第一逻辑信道上通过第一路径发射数字数据和第一收缩码序列，

(g)在第二逻辑信道上通过第二路径发射数字数据和第二收缩码序列，

(h)在接收机中，合并第一收缩码序列和第二收缩码序列以恢复至少部分第一和第二码序列，和

(i)根据所接收部分数字数据、第一编码序列的至少恢复部分、交织数字数据的所接收部分和第二编码序列的至少恢复部分恢复数字数据的精确表示。

26.如同权利要求25所述的一种方法，其中发射步骤包括从至少一个网络站发射给预定移动站。

27.如同权利要求25所述的一种方法，其中发射步骤包括从预定移动站发射。

28.一种在蜂窝通信系统中在基站之间实现移动站服务越区切换的方法，包括步骤：

在移动站与第一基站之间针对信息的第一版本使用TURBO编码/解码方案传递信息；

测量第一基站和当前不与所述移动站通信的第二基站发射的导频信号的强度以确定越区切换需要；

持续移动站与第一基站之间的信息通信同时建立移动站与第二基站之间的通信，移动站与第二基站之间的通信针对该信息的第二版本使用TURBO编码/解码方案；和

当第一基站的导频信号强度下降到低于预定电平一个预定时间段时终止移动站与第一基站之间的通信。

29.如同权利要求28所述的一种方法，其中该信息的第一版本包括一个数字数据流，和该信息的第二版本包括数字数据流的交织部分。

30.如同权利要求29所述的一种方法，其中移动站与第一基站之间传递信息的步骤包括：

发射数字数据流给移动站；和

发射根据(1)数字数据流所形成的TURBO编码序列和(2)数字数据流的交织部分所形成的TURBO编码序列的所选择部分所形成的收缩码序列。

31.如同权利要求30所述的一种方法，其中移动站与第二基站之间的通信包括：

发射数字数据流的交织部分给移动站；和

发射根据(1)数字数据流所形成的TURBO编码序列和(2)数字数据流的交织部分所形成的TURBO编码序列的所选择部分所形成的另一个收缩码序列。

32.如同权利要求28所述的一种方法，进一步包括：在终止移动站和第一基站之间的通信后，针对该信息的第二版本使用TURBO编码/解码方案继续移动站与第二基站之间的通信。

33.一种从两个基站向多个无线接收机中的预定一个传送数字数据的方法，包括：

根据(a)要用于预定无线接收机的数据，和(b)要用于预定无线接收机数据的交织版本之一形成第一数据流；

将第一数据流成份编码为第一码序列；

发射第一数据流和第一码序列给预定无线接收机；

检测越区切换需要；

响应对越区切换需要的检测，根据(a)要用于预定无线接收机的数据，和(b)要用于预定无线接收机的数据的交织版本中的另一个形成第二数据流；

将第二数据流成份编码为第二码序列；

发射第一数据流和第一码序列给预定无线接收机，同时发射第二数据流和第二码序列给预定无线接收机；和

完成越区切换，包括终止对预定无线接收机发射第一数据流和第一码序列和继续对预定无线接收机发射第二数据流和第二码序列的步骤。

34.如同权利要求33中所述的一种方法，其中每个成份编码包括TURBO编码。

35.如同权利要求33中所述的一种方法，其中发射步骤包括从一个蜂窝网络基站发射到预定义的蜂窝服务区域。

36.如同权利要求33中所述的一种方法，其中每个发射步骤包括从一个或更多个卫星发射。

37.一种在无线接收机中从两个基站接收数字数据的方法，包括：

接收将特别用于无线接收机的第一发射，该第一发射包括第一数据流和第一码序列，该第一数据流包括(a)数字信息和(b)数字信息的交织表示中的第一个；

处理该第一数据流和该第一码序列以恢复数字信息的精确表示；

启动越区切换；

如果可能，继续接收将特别用于无线接收机的第一发射，和接收将特别用于无线接收机的第二发射，该第二发射包括第二数据流和第二码序列，第二数据流包括(a)数字信息和(b)数字信息的交织表示中的第二个；

处理任何两个或更多个第一和第二数据流和第一和第二码序列以恢复数字信息的精确表示；

结束接收将特别用于无线接收机的第一发射；

继续接收将特别用于无线接收机的第二发射；

仅仅处理第二数据流和第二码序列以恢复数字信息的精确表示。

38.如同权利要求37中所述的一种方法，其中处理任何两个或更多个第一和第二数据流和第一和第二码序列的步骤包括：

编码分集合并第一和第二码序列的第一所选择部分以恢复第一TURBO码序列；

编码分集合并第一和第二码序列的第二所选择部分以恢复第二TURBO码序列；

迭代解码第一TURBO码序列和第一数据流以及第二TURBO码序列和第二数据流的任何可用部分。