CN1073764C - 接收机和在接收机中产生扩展码的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在接收机中产生扩展码的方法，和一种用于在其中要发送的信号用各连接的码序列特性相乘的***的接收机，该接收机包括预测信道的装置(44)，和一个或几个解调器装置(46a，46b)，和组合从解调器装置(46a，46b)获得的信号的装置(47)。为了实现长码的使用以及方便接收机的内部同步，根据本发明的接收机包括若干产生码序列的装置(51，52，56a，56b)，产生可变相位码序列的第一码发生器(51，56a，56b)，和产生其相位用作第一码发生器(51，56a，56b)的参考的码序列的第二码发生器(52)。

Description

接收机和在接收机中产生扩展码的方法

本发明涉及一种用于将要发送的信号用各连接的码序列特性相乘(multiplied)的***的接收机，该接收机包括估算信道的装置，和一个或多个解调器装置，和组合从解调器装置接收的信号的装置。

本发明还涉及一种在接收机中产生扩展码的方法，在这种方法中，要发送的信号与各连接的码序列特性相乘，且在这种接收机中，从接收到的传输中寻找用所希望的(desired)码发送的信号分量，通过使接收到的传输与在接收机中产生的码序列相关联来测量各信号分量的相位。

根据本发明的接收机和方法特别适用于采用码分多址的蜂窝***。

CDMA(码分多址)是一种多址联接方法，它基于扩展频谱技术且目前用于蜂窝无线***中，此外还有现有的FDMA和TDMA方法。相对于现有方法，CDMA具有几个优点，例如频谱效率高和频率规划的简单。

在CDMA方法中，用户窄带数据信号被一个具有比数据信号宽很多的频带的扩展码变换至一个相当宽的频带。在已知测试***中，使用象1.25MHz,2.5MHz和25MHz这样的带宽。由于进行倍频运算，数据信号扩展至所要使用的整个频带。所有用户使用同一频率频带来同时发送。对基站和移动站之间的每个连接使用一个独立的扩展码，根据各用户的扩展码可在接收机中将用户信号从其它用户的信号中区分出来。

CDMA接收机包括根据扩展码来识别的与一个所希望的信号同步的装置，该装置可以例如用相关器或匹配滤波器来实现。在接收机中，数据信号通过用与发送阶段相同的扩展码与它再次相乘来恢复成原始频带。在理想的情况下，与其它一些扩展码相乘的信号互不相关，且不能恢复成窄带。这样，它们相对于所希望的信号就表现为噪声。***的扩展码最好以这样一种方法选择：它们相互正交，即它们不相互关联。

在典型的移动电话环境中，基站和移动站之间的信号沿着发送机和接收机之间的几个路径传播。这种多路径传播主要是由于来自周围物体表面的反射信号。由于它们不同的传输延时，沿不同路径传播的信号在不同的时刻到达接收机。CDMA不同于常规FDMA和TDMA之处在于在信号的接收中可使用多路径传播。实现CDMA接收机的一种方法是使用例如一个瑞克接收机，它包括一个或多个瑞克分支(branches)。每个分支是一个独立的接收机单元，其功能是组成并解调一个接收的信号分量。可使各瑞克分支与一个已沿着一个单独路径传播的信号分量同步，且在一个常规的CDMA接收机中，接收机分支的信号便利地进行，例如相干组合(coherently)，因此可获得质量好的信号。接收机分支所接收的信号分量可从一个基站发送，或者在宏分集(macrodiversity)情况下，可以从几个基站发送。瑞克分支的实现在G.Cooper,C.McGillem的《现代通信和扩展频谱》(McGraw-Hill，纽约，1986，第12章)中更详细地进行描述。

在移动网络应用中，长扩展码的使用提供了几个优点。足够长度的扩展码能实现几乎无限数目的不同码序列(不同用户的信号由此相互区分开来)、能使加密算法简化和能使在同步网络中同样长度的码在不同相位上使用。由于使用长码，延时扩展的大小是无限的。

但是，迄今为止，长码的使用是困难的，因为存在许多与它们的使用相关的问题。码搜索周期可能变得很长，因此同步慢。当使用长码时，网络一般应是同步的。接收机也必须从一个不产生理想结果的部分相关的结果中检测出信号。在瑞克接收机中，在码搜索、脉冲响应的测量、激活瑞克分支以接收不同信号分量、发送机和接收机方向的码跟踪和同步中可能产生问题。采用长码且具有上述问题的***的一个例子是IS-95标准建议，这里将其引入作为参考。

本发明的目的是以这样一种方法特别在瑞克接收机中实现长码的使用：在不同的接收机部分之间码的产生和定时能够被控制。

这是用前面所描述的那种类型的接收机来实现的，其特征在于接收机包括若干产生码序列的装置，第一码发生器产生一个可变相位码序列，且第二码发生器(至少有一个)产生一个其相位用作第一码发生器的基准的码序列。

根据本发明的方法其特征在于，至少有两个码发生器用于在用所希望的码进行相乘的传输中搜寻不同信号分量和测量各分量的相位，这样第一码发生器产生一个可变相位码序列，第二码发生器产生一个其相位附加于被检测的信号分量上的码序列。

根据本发明的接收机不管接收情况如何，即不管接收机是处于搜索过程、正在测量脉冲响应还是正在解调，在所有时间都知悉公共定时，即基准码发生器的相位。不必记录可变相位码发生器的码相位的改变。码跟踪可以改变发生器的相位以使信号电平达到最大而不需将这种改变通知接收机的其它部分。

在根据本发明的接收机中，解调分支被告知所希望的分量相对于基准相位的相位差就足以激活瑞克分支。这样，要发送的信息量是几个比特。例如在IS-95标准中，瑞克分支应被告知整个发生器的状态，即移位寄存器的内容，这意味着一个42比特的消息或一个用以发送信息的适当总线。

以下，将参照根据附图的例子来对本发明进行更详细的描述，其中

图1说明了应用本发明的方法的蜂窝***的一部分，

图2更详细地说明了基站和用户站之间的一个连接，

图3示出了一个无线连接的典型脉冲响应的例子，

图4是一个说明根据本发明的接收机的例子的框图，

图5是一个更详细地说明根据本发明一个优选实施例的接收机的例子的框图，

图6是一个更详细地说明根据本发明的接收机的另一个例子的框图，

图7说明了产生扩展码的一种可能的方法，

图8示出了一个码序列向不同相关器的分配，和

图9是一个说明脉冲响应的测量的定时图。

图1说明了适用本发明的方法的蜂窝***的一部分。该***包括一个与用户终端14至16具有双向连接11至13的基站10。每个连接一般使用其自身的扩展码，要发送的信息用它相乘并因此扩展到一个宽频带上。根据该扩展码，接收机能从在同一频带上发送的其它信号中区分出所希望的信号。根据本发明的方法和根据本发明的接收机装置能适用于终端设备和基站中。

图2更详细地说明了一个终端设备和一个基站之间在从终端设备14到基站10的传输方向上的一个连接。如上所述，在一个典型的蜂窝环境中，终端设备和基站之间的信号沿着发送机和接收机之间的几个不同路径传播。因此，这种多路径传播主要是由于来自周围物体表面的反射信号。图中示出了从终端设备14沿着三个不同路径20a至20c到基站接收机的信号的传播。由于这些信号-以下将称作信号分量-沿着发送机和接收机之间的不同长度的路径传播，因此，它们在不同的时刻以不同的相位到达接收机。这在以举例的方式示出了无线信道的脉冲响应的图3中进行说明。上述三个信号分量在脉冲响应中作为不同时的峰值30至32而看见。CDMA接收机的功能是测量脉冲响应，即在一个确定的延时窗口内找出发送信号的不同信号分量，同步它自己，解调所希望的的信号分量并便利地组合解调的信号。

图4是一个一般性地说明根据本发明的接收机的例子的框图。根据本发明的接收机包括一个接收信号的天线40传送给射频部分41，在其中信号转换成中频。信号进一步从射频部分41传送给转换装置42，在其中接收的模拟信号转换成数字形式。所描述的射频部分41和转换装置42可以以公知的方式实现。接收机还包括一个在其中解调接收信号的瑞克接收机部分43和用于解码信号的装置45。

瑞克接收机部分43包括信道估测装置44，若干解调器分支，或瑞克分支46a至46c，和用于便利地组合解调信号的装置47。信道估测装置44的功能是在接收的信号搜索用所希望的扩展码发送的信号、其起始同步和测量信道的脉冲响应，即在一个确定延时窗口内对用所希望的扩展码相乘的信号的不同信号分量进行搜索和测量。根据信道估测装置44进行的测量，激活瑞克分支46a至46c以接收它们各自的信号分量。一般选择最强的信号分量用于解调。当接收机是一个用户终端接收机时，信道估测装置44也用来搜索邻信道的信号。

接收机中瑞克分支46a至46c的数目取决于在其中使用接收机的应用。在蜂窝网络中，其依据是要从无线信道中区分出的多路径传播信号分量的数目。可激活每个瑞克分支以接收一个信号分量。在瑞克分支中接收的宽带信号分量的频谱通过使信号分量与一个具有输入信号延时的相应相位、且由二进制码发生器产生的基准信号进行相关而组成。因此，有关瑞克分支与接收信号同步所需的接收信号分量延时的数据从信道估测装置44中获得。

在瑞克分支中，根据接收信号的调制对组成的信号进行相干、不相干或差分相干解调。如果采用相干解调，则应知道信号的相位。如本领域技术人员所知，一个未调制数据的导频信号通常用于对这种相位的估测。在瑞克分支中接收信号的码相位用一个可以采用数据信号或导频信号的代跟踪环监视。在不同瑞克分支中接收和解调的信号分量在装置47中便利地组合起来。组合时，各分量可在瑞克分支中以所希望的方式进行加权。因此，在装置47中对信号分量进行最佳分集组合(diversity combination)。根据应用，信号分量的组合可以是相干的或不相干的。装置47还包括一个判定逻辑，它从组合信号的信息符号中进行硬的或软的判决。检测到的信号进一步传送给信道解码器45。组合装置47可以以现有方式在根据本发明的接收机中实现。对本领域技术人员来说，显然该接收机自然还包括上述部件之外的部件，例如滤波器和取决于接收机类型的语音编码器，但为简单起见，它们作为本发明的非关键部件而省略。

以下，图5的框图用于更详细地描述实现本发明一个优选实施例的接收机的一部分及该接收机功能。这样，接收机包括一个信道估测部分44，其功能是定位并测量用所希望的扩展码相乘的信号分量。根据本发明的接收机在信道估测部分44中包括至少两个码发生器51,52，其输出提供具有所希望的相位的所希望的扩展码。在开始接收机尚未启动时，码发生器51,52被初始化为相同的相位。典型的码发生器产生一个M序列，且在这种情况下，在发生器中初始化所希望的发生器多项式和解码器初始状态。稍后描述一种可能的发生器的实现。解码器可以例如利用一个外部启动信号来启动。

码搜索

码发生器51在初始相位上产生一个码序列，并传送给多个相关器53a至53c，在其中对接收信号进行相关。图8更详细地示出了从码发生器51到不同相关器53a至53c的码序列的分布。码序列最好经由延时单元80a,80b传送给不同的相关器，随后各相关器53a至53c计算与一个相位和输入信号50及码序列稍微不同的序列的相关。这对连续样值提供并行的计算。在信道估测器中相关器53a至53c的数目可因应用不同而变化。相关器的相关结果被传送给测量分析部分54，在其中所得结果与一个给定门限值相比较，它揭示接收信号电平是否足够高。如果未检测到信号，则码发生器51的码相位根据所希望的测量分辨率被移位至下一码相位。在相关器53a至53c中用新的码相位执行新的测量，且结果在部分54中进行分析。继续该操作直至能检测到足够强的信号。

当检测到一个足够强的信号电平时，码发生器51的相位不改变，但相关结果用同一码相位计算几次，且平均信号电平用上述码相位计算。如果获得的平均测量结果仍表明用该码相位接收到足够强的信号分量，则将该码相位接受作为所搜索信号的正确相位。否则，通过进一步根据所希望的测量分辨率改变码发生器51的相位来继续搜索。用这种方法***地检验码相位直到发现所希望的信号。

当以上述方法找到所希望的信号的信号分量和相应的码相位时，瑞克接收机的码定时可根据接收的信号进行初始化，用以找到信号的码相位作为基准相位。这是初始化基准码发生器52的相位，使之与发生器51的相位相同，进而与找到的信号的相位相同来实现的。基准码发生器52的相位保持恒定，即它用作接收机的其它码发生器的基准。如在第一码发生器51的情况下一样，其相位在码搜索期间不改变。基准码发生器52的相位仅在接收机的总定时改变时变化。

在图5所说明的根据本发明优选实施例的接收机中，各瑞克分支46a,46b分别包括两个码发生器56a,58a，和56b,58b，其输出提供所希望的相位上的所希望的扩展码。如在信道估测部分44中一样，在每个瑞克分支中，保留一个码发生器58a,58b作为基准发生器。当码搜索产生一个信号时，利用总线60不仅在信道估测部分的基准码发生器52中初始化相应的码相位，也在瑞克分支的每个基准码发生器58a,58b中初始化相应的码相位。这样，接收机的所有基准码发生器52,58a,58b总是在相同的相位上。

图6说明本发明的第二实施例，其中接收机包括一个信道估测部分44和瑞克分支46a至46b所共有的参考码发生器52。这比图5的装置需要更少的部件，但要在接收机的不同部分之间发送的信息量更大。

如果将M序列用作扩展码，这是常见的，则利用移位寄存器产生该序列，然后通过将编码器状态-即移位寄存器的内容-初始化在所希望的状态上来初始化码相位。在这种情况下，码发生器51的移位寄存器的内容复制到基准码发生器的移位寄存器中。这可以例如利用一个并行输出和一个负载脉冲(load pulse)来实现。另一种方法是在搜索期间保持发生器51中分级的(stepped)码相位数目的记录，并通过增加相同数目的步骤例如通过改变时钟频率或通过增加或减少时钟脉冲来移位基准发生器52的相位。

脉冲响应测量

当用上述方法找到用所希望的扩展码相乘的信号时，信道估测部分44的功能是测量脉冲响应，以找出接收机的瑞克分支46a至46c能与之同步的不同信号分量的所希望的数目。信道估测部分的工作按照与码搜索类似的原理进行。改变码发生器的相位并执行测量以找出传输。但是，由于知道用以发送信号的至少一个码相位，所以假设所希望的信号以某个码相位存在，而后应仅在一个确定大小的延时窗口内检验码相位。该延时窗口的大小，即同一发送信号的不同信号分量之间的最大相互(mutual)延时差，取决于无线信号的传播情况，在蜂窝环境中，可从不同的传播环境中选择一个适当的值作为延时窗口。假设所有有效的瑞克接收机的解调器分支可利用的有效的信号多路径传播分量在这个延时窗口内都适合。在图3的例子中，延时窗口应包含三个信号分量30至32，且适当的窗口大小应是水平轴上时刻33和34之间的时间窗口。

在测量脉冲响应期间，基准发生器52的相位不改变。第一码发生器51的相位用所希望的的测量分辨率在延时窗口上分级，该分辨率可以不同于码搜索中使用的分辨率。分析部分54以一个与延时窗口相对应的量来收集相关结果。分析部分还可控制码发生器51的再装载(recharging)，即它可将发生器51的码相位移回至延时窗口的开始。将每轮测量获得的测量结果平均以得到最终脉冲响应。

图9的定时图说明对脉冲响应的搜索。码序列用线90来表示，且相关器根据给定的测量分辨率91至94来分级，因此测量结果在该图的例子中提供部分相关值95至98，利用它可检测不同的延时分量。当例如在测量94之后检查了一次所希望的测量窗口时，***返回延时窗口的开始，从域91进行测量以便求平均。

如果接收信号的总定时改变，这可能例如由于终端设备和基站之间距离的改变而引起，则通过对基准码发生器52的码相位进行后向或前向分级来改变延时窗口的位置(place)，从而与新的定时相对应。对于定时改变，要测量的延时窗口的前后应留出不包括接收信号的富裕量(margin)。这保证了检测出的接收信号定时中前向和后向的变化。在图3的例子中，在延时窗口的开始和结束已留出富裕量35,36。

定时的改变可在接收机中通过计算一个确定的比测量窗口小的延时扩展上的信号总能量来监视。信号的能量可在位于测量窗口内几个不同位置的延时窗口中计算。基准码发生器52所确定的测量窗口应最好以这样一种方式来定位：信号的整个延时扩展集中在测量窗口的中间。

激活瑞克分支

脉冲响应的测量结果与一个给定门限电平相比较，且可在接收机中利用超出这个电平的信号分量。所希望的信号分量可各自用其自己的瑞克分支接收、解调和便利地组合。解调的激活通过将对应于信号分量的码发生器相位通知给可用的瑞克分支而进行。

在图5的接收机装置中，瑞克分支被告知所希望的码相位作为与基准码发生器相位的相对差(relative difference)。信道估测部分44和所有瑞克分支46a,46b的基准码发生器52,58a,58b在根据本发明的装置中处于同一相位。有关相对差的数据可利用几个比特从信道估测部分发送到瑞克分支，即数据不需要一个长的传输时间而能迅速转发，且不需要快速总线接口用于传输，一个较慢的连接61就足够了。在瑞克分支中，首先将码发生器57a,57b设置为与基准码发生器相同的相位，且采取若干步骤，这由相对差确定，直至获得正确相位且能开始所希望的信号分量的检测和监视。因此，在瑞克分支中，仅在激活情况下需要基准相位。

在共享参考码发生器52的图6的装置中，瑞克分支的配置相应地以这样一种方式发生：将基准码发生器的相位装载到码发生器中，且该相位用相对差所确定的若干步骤偏移(deflect)。如以上所指出，基准码发生器52和码发生器应与一个在其上发送有关发生器状态的数据的快速总线62相连接。有关相对差的数据可如上所述在一个较慢的线路61上发送。

码发生器的结构在根据本发明的接收机中不重要，但本发明适用于所有类型的码发生器。实现码发生器的一种可能的方法的例子是可用以产生通常用作扩展码的M序列的上述移位寄存器结构。图7是一个说明一种利用移位寄存器实现码发生器的可能方法的框图。移位寄存器包括串联连接的m级70至73，在其中模2加法器74a,74b经由加权系数78a,78b连接至某些级的输出端，加法器的输出反馈回输入75。所有级70至73利用公共时钟信号76同时定时。一个时钟脉冲一到达，就有一个二进制数字到达输出端77。

如果特定码的特定相位要在上述类型的发生器中设置，则所希望的值应复制到级70至73。发生器可利用象处理器54的读写操作这样的软件或利用固定连接来初始化。

虽然以上本发明参照根据附图的例子来进行描述，但显然本发明不局限于此，它能在所附权利要求所揭示的本发明的思想范围内以多种方式进行修改。

Claims (11)

1．一种接收机，用于把要发送的信号用各连接的特性码序列相乘的***，该接收机包括估测信道的装置(44)，和一个或多个解调器装置(46a-46c)，和组合从解调器装置(46a-46c)接收的信号的装置(47)，其特征在于接收机包括多个产生码序列的装置(51,52,56a,56b)，第一码发生器(51,56a,56b)产生一个可变相位的码序列，和至少一个第二码发生器(52)产生一个其相位用作第一码发生器(51,56a,56b)的基准的码序列。

2．根据权利要求1的接收机，其特征在于第二码发生器(52)所产生的码序列的相位与包含于接收信号分量中的码序列的相位相同。

3．根据权利要求1的接收机，其特征在于估测信道的装置(44)包括将接收信号与在产生码序列的第一码发生器(51)中产生的码序列进行相关计算的装置(53a-53c)，和测量在相关装置中进行的相关计算的数值大小的装置(54)，和控制所述第一发生装置(51)的码序列的相位的装置(54)。

4．根据权利要求1的接收机，其特征在于估测信道的装置(44)和一组解调器装置(46a,46b)均包括产生可变相位码序列的第一码发生器(51,56a,56b)和产生用作基准的码序列的第二码发生器(52,58a,58b)。

5．根据权利要求1的接收机，其特征在于估测信道的装置(44)和一组解调器装置(46a,46b)均包括产生可变相位码序列的第一码发生器(51,56a,56b)，和接收机包括产生用作基准的码序列的第二码发生器(52)。

6．根据权利要求3的接收机，其特征在于估测信道的装置(44)包括通知位于解调器装置(46a,46b)中的第一发生器装置(56a,56b)所希望的码相位作为与其它发生装置(52,58a,58b)的相对偏差的装置(54)。

7．在接收机中产生扩展码的方法，其中，要发送的信号用各连接的特性码序列相乘，从接收的传输中寻找用所希望的码发送的接收机信号分量，通过将接收的传输与在接收机中产生的码序列进行相关来测量各分量的相位，其特征在于在对用所希望的码相乘的传输的不同信号分量的搜索中以及在对各分量相位的测量中采用至少两个码发生器，这样第一码发生器(51)产生一个可变相位码序列，而第二码发生器(52)产生一个其相位附属于检测到的信号分量的码序列。

8．根据权利要求7的方法，其特征在于检测到的信号分量的相位与接收机的不同解调部分(46a-46c)相乘作为各分量相位与用作基准的码序列相位的相对偏差。

9．根据权利要求7或8的方法，其特征在于当在连接开始时搜索第一信号分量时，第一码发生器(51)的相位用所希望的分辨率分级，且在每一级计算接收的传输和第一发生器所产生的序列之间的相关，直至计算出的相关值超出一个给定的门限值，当相关值超出门限值时第一发生器的码相位复制到第二发生器上。

10．根据权利要求9的方法，其特征在于各调制部分(46a,46b)的第二码发生器(58a,58b)被初始化到与搜索部分的第二码发生器(52)相同的相位。

11．根据权利要求9的方法，其特征在于当从接收的传输中测量用所希望的码序列相乘的信号的不同分量的相位时，第一码发生器(51)用所希望的分辨率在一个所希望的大小的时间窗口内相对于第二码发生器(52)的相位进行分级。

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