CN1286853A - 具有独立跟踪的解调参数的码分多址无线电话*** - Google Patents
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Abstract
本发明的无线电话***包括一个具有一个座机接收机的座机收发机和多个无线手机。每个无线手机包括一个手机收发机,用来在一个共享信道上通过座机收发机与座机建立一个时分多址(TDMA)链路,每个手机在为手机分配时隙的TDMA方式的一个独占时隙期间进行通信。座机接收机的特性由多个解调参数表征,用来与每个手机同步。座机接收机为每个手机存储一组解调参数,在座机要与一个特定手机同步时切换到这个特定手机的那组解调参数。
Description
本发明与多线路无线电话***有关,具体地说,与在这种***中设计成在***的收发机之间通信时进行同步的接收机子***有关。
利用电话和电话***,包括无线电话***,目前已非常普及。在无线电话***中,例如数字900MHz***,一个无绳或无线电话手机通过模拟或数字无线电信号与一个通常通过标准的电话线路接至一个外部电话网的座机(或基站)通信。用这种方式,一个用户可以用无线手机通过座机和电话网与另一个用户通话。
在各种情况下,如有许多电话用户的事务所之类,还使用多线路无线电话***。这种***可以用一个手机与多达N个手机同时通信,通常采用数字通信方案,例如时分多址(TDMA)。所希望的是,在多线路无线电话***中可实现当前的小交换机(PBX)***的功能。
无线电话***,如数字900MHz***,用来在座机与一些手机之间建立一个无线网。基站收发机必需与每个在用手机同步。这种同步对于每个手机可能需要不同的解调和有关参数,因为有些手机可能比其他手机更靠近这个手机从而使各手机-基站对之间有很大的动态范围差。例如,由于手机和基站具有独立的用作频率基准的本机振荡器和信号强度,因此对于接至链路的不同的手机将具有不同的载波偏置和其他解调参数。此外,***可以配置在室内办公环境,从而导致每个手机-基站链路各有独特的多路径的问题。这需要对于每个手机-基站对进行不同的处理。
处理这个问题的一种方法是对于每个手机使用一个独立的链路。然而,这种方法又会出现其他问题。例如,如果远、近信号相差100dB,那么就很难用FDMA(频分多址)技术来建立独立的链路。类似,CDMA(码分多址)方法需要极严格的功率控制和/或每个码元许多码片(切普)(Chip)。
在多线路无线电话***中通常使用像TDMA那样的时分***。在这样一个***中,使用单个RF信道,而每个手机分别在一个循环或周期(epoch)内的各自时隙期间发送和接收数据。然而,在这样的***中,座机很难与每个手机在各自时隙的开始处适当同步。因为各需对一个可能具有与其他手机不同的特性的链路进行操作。一个可能的解决途径是利用一个反应极快的接收机,在每个时隙的开始处能重新同步,即使是每个时隙分别相应于一个具有与上个不同的特性的链路的手机。然而,这种解决途径要求有一个速度很高的接收机,所附加的装置成本高、结构复杂,而且对于同步各链路来说并不是始终最有效的。
本发明所涉及的无线电话***包括一个具有一个座机接收机的座机收发机和多个无线手机。每个手机包括一个在一个共享信道上通过座机收发机与座机建立一个时分多址(TDMA)链路的手机收发机,每个手机在为手机分配时隙的TDMA方式的独占时隙期间进行通信。座机接收机为每个手机存储一组解调参数。在座机要与一个特定手机同步时切换到这个特定手机的那组调制参数。
在本说明的附图中:
图1为按照本发明的一个实施例设计的TDMA多线路数字无线电话***的方框图;
图2为在图1所示***的TDMA方式中使用的段、数据分组和音频分组各结构的示意图;
图3为按照本发明的一个实施例设计的带有多个寄存器的自动增益控制(AGC)积分器的方框图;
图4为图1所示座机中使用的、采用图3所示AGC积分器的AGC块的方框图;
图5为在图1所示座机中使用的载波跟踪回路(CTL)块的方框图;
图6为详细示出图5所示CTL块的频率和数控振荡器(NCO)积分器的方框图;
图7为详细示出图5所示CTL块的频率和NCD积分器的另一个实施例的方框图;以及
图8为按照本发明的一个实施例设计的图1所示座机的接收部分的信号处理过程的例示流程图。
现在参见图1,图中示出了按照本发明的一个实施例设计的扩频TDMA多线路数字无线电话***100的方框图。TDMA***100包括一个具有接收单元112和发射单元111的座机110,通过电话线路115与外部电话网116连接。***100还包括N个无线手机1201、1202…120N。每个手机具有一个发射和接收单元(收发机),例如手机1201的发射机131和接收机122。在一个实施例中,接收单元112包括N个独立的接收机,而发射单元111包括N个独立的发射机,从而使接收单元112和发射单元111可以提供总共N个收发单元,保证与N个无线手机配合。在任何时刻,有M个手机(0≤M≤N)工作或在用(即处在进行通话的过程)。在一个实施例中,***100采用数字TDMA方式,每个工作的手机只是在它自己的时隙期间发送或接收数据。***100因此在座机110与各手机120i(1≤i≤N)之间提供了一个无线网。
***100最好采用块纠错编码,以减少差错。在一个实施例中,在一个时隙期间,按诸如建议书ITU-T G.721或G.727用分组码发送经数字压缩的音频分组(如ADPCM(自适应差分脉冲编码调制)样点)。这允许例如每个音频分组发送16个ADPCM样点。分组码和ADPCM是值得推荐的,因为它们等待时间短,使无线电话用起来极像标准的有线电话。诸如卷积编码或循环编码之类的信道编码,或者诸如LPC(线性预测编码)、变换编码或格式编码之类较强的信源编码会有较大的延迟,使***不大像相当的有线电话。
为了处理上述问题,本发明在座机接收机中采用了一种解调体系结构,独立地跟踪和更新TDMA无线网支持的各在用链路的解调参数,详细情况将在下面结合图3至8说明。为了能足以快速地截获和同步给定链路加以调整的各个接收机参数在此称为解调参数。
现在参见图2,其中示出了在图1所示TDMA***100的TDMA方式中所采用的段、数据分组和音频分组各结构的示意图200。在一个实施例中,一个2ms的数字数据段210包括总共九个分组:一个数据分组220和八个像音频分组230那样的音频分组。每个数据分组是一组在一个离散的时隙期间从座机发送给某个手机或从这个手机发送给座机的数据,而在这个时隙内没有其他手机在***的数据信道上接收或发送数据。每个音频分组是一组在一个总“周期”安排的某个时隙期间从座机发送给某个手机或从这个手机发送给座机的音频数据,同样在这个时隙内没有其他手机在***的数据信道上接收和发送数据。
如图所示,每种分组含有各个子段或部分。例如,数据分组220包括一个32比特的同步段222、一个数据段235、一个FEC(前向纠错)段222和保护时间223。数据分组220内的数据用于座机与某个手机之间的通信,含有各种信息,例如主叫方ID型信息、距离和功率信息等。
音频分组230包括一个音频分组标头231、FEC数据段232和保护时间233。音频分组标头231例如含有标识这个音频分组(诸如手机)、在这个周期内的当前位置等信息。
在一种工作模式,每个手机在周期的分配给它接收音频数据的每个时隙期间接收16个4比特的ADPCM(自适应差分脉冲编码调制)样点,和在周期的分配给它发送音频数据的每个时隙期间向座机发送16个ADPCM样点。在另一种工作模式中,可以通过将每个样点的质量降为2比特而使样本数加倍为每个时隙32个。ADPCM和有关技术的详细情况可参见国际电信联盟(ITU),建议书G.727,(12/1990),“5、4、3、2比特样本嵌入的自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)”(“5-,4-,3-and 2-Bits Sample Embedded Adaptive DifferentialPalse Code Modulation(ADPCM)”)http://WWW.itu.ch。
因此,音频分组230还包括一个主要的64比特“音频数据”部,它包括16个4比特的ADPCM样点(高质量)或者是32个2比特的ADPCM样点(低质量)。可以理解,对于一个2ms段,高质量(每个音频分组或时隙16个4比特的ADPCM样点)提供32Kbps ADPCM(默认音频数据),而低质量(每个音频分组32个2比特的样点在两个手机之间分享)提供16kbps。
对于每个链路本发明采用独立的自动增益控制(AGC)回路、载波跟踪回路(CTL)和均衡回路,独立地跟踪与这三个回路或块关联的解调参数和状态。可以通过调整来改善或获得同步的与这三个回路关联的状态和参数在此统称为解调参数。由于每个手机的运动是独立的,所处的位置可能与其他手机都不同,因此对于每个手机来说座机110需要用与其他手机不同的参数在这个手机的时隙开始时与它同步。如果这些参数和状态(下面将详细说明)可以存储起来并在与每个手机通信期间加以修改,那么一旦首次建立了同步,就可以得到第一组建立同步的参数和状态,这些参数可以用作下次建立手机链路的出发点。然而,为一个手机链路建立的上组参数通常不是用来试与另一个手机同步的有效出发点。
因此,在本发明中,座机110的解调/接收部内的AGC、CTL和均衡块修改成使各块都能存储和跟踪每个手机一组的参数,在下个需要与一个给定的手机重新同步的时隙就利用上次修改了的对于这个手机的参数组。例如,一旦找到了可以建立与手机#1同步的适当的AGC、CTL和均衡参数,在手机#1的时隙结束时分别存入各块。在手机#2的时隙是下个时隙时,座机110再进行同步,将这些参数存入对于手机#2的另一个位置。在手机#1的另一个时隙出现时,座机110的接收机就将在上次与手机#1通信期间规定解调参数的状态的上次所存储的参数重新装入,有必要的话还可以对这些参数进行更新。然而,这样应该能较快达到同步,因为手机#1在它的相继时隙之间的短时间(例如2ms)内只有稍稍的移动,因此手机#1的上个时隙所用的解调参数应该很接近这次同步所需要的。所以,本发明大大缩短了每个时隙的截获和同步时间。本发明还使单个接收机数据通路能用来支持来自多个独立源的TDMA信号。
座机110的接收机中的三个接收或解调块AGC、CTL和均衡块作了如下面所要说明的修改,使它们能各自存储对于每个手机的状态和参数。在一个优选实施例中,本发明是在一个数字***内实现的,三个回路或块的状态都呈现为数字域。在另一个实施例中,可以采用一些模拟域技术,但在模拟域存储一个回路参数可能更为困难一些(例如,要保持一个压控振荡器(VCO)在TDMA时隙之间的时间内进行载波跟踪可能是困难的)。因此,在一个优选实施例中,本发明采用数字方式实现。
现在参见图4,图中示出了图1所示座机110的接收机112内所用的AGC块400。AGC块400包括多个标准部件,除了AGC累加器300包括多个寄存器,分别与***100的各手机(或可能的链路)一一对应。信号处理块420包括执行在可调增益放大器421与振幅检测器422的输入端之间任何接收处理的器件,如脉冲整形滤波器、载波消旋器、模数变换器(ADC)、IF放大器等。AGC积分器300存储多个AGC参数,独立地为每个链路存储AGC回路状态。
现在参见图3,图中详细示出了AGC块400的AGC积分器或累加器300,它有N个寄存器310i。通过为每个时隙或链路存储一个AGC值,使得每个AGC值只是在指定的相应时隙期间采用或更新来实现AGC。在本发明的TDMA无线电话***100中,有足够的保护时间(见图2中的保护时间223)使放大器在TDMA时隙之间的寂静时间内可以改变100dB。每个时隙使用一个AGC参数,由AGC积分器300提供。
对于每个时隙,通过将与当前时隙有关的信息加到启用选择330和多路开关320上,启用其中一个寄存器310i,选用它的输出。这使得适当的输出值Q加到求和节点411上。由于只是适当的寄存器310i启用,因此只有这个寄存器用输入值D更新,而其他寄存器各保持在它们的先前值。这使得接收机的每个信道在它的时隙出现时能从它上次脱离处启动,因为那些停用的寄存器使回路就像它是处在理想的锁定状态(振幅误差等于零)。可以理解,对于来自相同的发射机-接收机对(手机-座机对)的下个突发数据串来说,这看来是比默认的初始条件或上个发射机-接收机对脱离点更好的启动点。
现在参见图5,图中示出了图1所示座机110的接收机112内所用的CTL块500。CTL块500包括多个标准部件,除了频率累加器510和数控振荡器(NCO)530能存储***100的每个手机(或可能的链路)一个的多个CTL有关状态,如下面结合图6和7详细说明的那样。
为了实现载波跟踪,采用NC0530,它受频率积分器或累加器510的值驱动,保持为每个时隙工作。或者,加到NCO积分器530的值可以通过将频率积分器510的值乘以直至下个时隙的时钟周期数来计算。在这两种情况下,本发明只是在适当的时隙期间才更新CTL状态。
CTL500提供了一个二阶的CTL,每个时隙利用两个状态参数,频率和NCO参数,分别由频率积分器510和NCO积分器530存储。NCO参数可以根据它的初始值和频率积分器内的值计算如下:
NCOi+D=NCOi+d·F (1)
其中:NCOi为NCO积分器的第i个值,d为直至这个时隙为有效的延迟数,而F为频率积分器值。这个值是恒定的,因为积分器只是在这个时隙期间更新。这使得一个公共的NCO和CTL回路滤波器能支持所有的TDMA时隙。为了保留CTL状态只需要两个数据,即频率积分器和NCO积分器的参数或值。
现在参见图6,图中详细示出了CTL块500的频率积分器510和NCO积分器530的实施例600。在一个实施例中,CTL块500的频率累加器510和NCO部530如图所示那样实现。频率累加器510用启用选择器511和多路开关512实现,情况类似于图3的AGC累加器300。在图6所示的实施例600中,NCO积分器530接收更新或者作为时隙之间的延迟的函数加以计算。对NC0530的更新需要来自频率积分器513的值。对于每个时隙(即对于每个发射机-接收机对)使用独立的累加器。在一个实施例中,存储在寄存器513内的频率积分器值在通路非有效时(一个不同的发射机一接收机对在用时)在NC0530内累加,而对于一个给定时隙的频率积分器和NCO在这个时隙期间在一个闭环内受到控制。如以上在AGC情况中所述,这样就保留了每个链路的回路状态,大大减少了TDMA分组之间的再截获时间。
现在参见图7,图中详细示出了CTL块500的频率积分器510和NCO积分器530的另一个实施例700。在实施例700中,NCO积分器瞬时计算,而不是连续计算。在这种情况下,乘法每个时隙计算一次,而不是像在图6的实施例600中所用的累加器内那样每个样点计算一次。多路开关711、712使NCO寄存器531能用当前NCO值加上直至这个链路的下个分组的延迟与当前频率值的积程控(即执行式(1))。这等效于将当前频率值一直累加到这个链路的下个有效时间(下个时隙)。在具有数字启动定时的***中,式中的d基于定时***所计算的启动样点。启动定时***可以是一个从信号特性得出定时的数字定时恢复***,也可以是一个依赖于一个由在信道上发送的定时数据同步的主NCO的启动定时***。
一个均衡块的状态通常用多个参数表示,这些参数称为系数组。在一个实施例中,采用了一个像最小均方(LMS)均衡器那样的均衡块。由于每个手机在共享的RF信道上通过它的时分链路或时隙进行通信,而对于每个手机来说,RF路径各不相同,因此本发明的均衡块为每个手机或链路存储了各自的一组均衡系数。在一个实施例中,这些值存储在多个系数累加器内分别在相应时隙调出。在另一个实施例中,采用了一种转置滤波器结构,每个系数在和移出加法器流水线时调出。熟悉该技术领域的人员将令清楚,怎样实现一个均衡块,使得它的参数可以按照本发明像上面所述那样改变。
现在参见图8,图中示出了按照本发明的一个实施例设计的座机110的接收部的典型信号处理流程800的流程图。近基带信号用加到ADC801上的固定时钟采样后送至内插/定时恢复机构802,从通过并行相关器804的数据中得出它的误差。接在定时估计器后的是一个消旋器803,它将一个相位校正信号送至并行相关器804,正如将看到的那样。并行相关器804的输出端上的码元流送至FEC***(未示出)。相关峰的检测将取决于输入的SNR(信噪比)、信号电平、载波和定时偏置。载波或CTL回路或块500、定时回路或块820和AGC回路或块400在如图所示的信号流程中实现。定时回路820用来建立接收机的采样同步,使得在适当的时间进行采样。在另一个实施例中,定时回路820的特性由定时回路参数表征,其中包括为每个手机存储和调整的解调参数组。
所示的信号流程基于假设座机110是主控方,控制定时、载波和功率电平。基于这个假设,各手机120锁定到座机的基准时钟和载波频率上,而且还向座机回发有关各自的状态的信息。这有助于座机110保持对***内所有在用和空闲模式的链路进行跟踪。这种策略的目的是维持稳固的链路和使一个***在冷启动后或从空闲模式达到同步所需的时间大大减少。在座机的处理和在手机的处理因此可以分别考虑,以区别这两种功能操作。显然,手机功能是在座机处理的一个子集。
正如可以看到的那样,在另一些实施例中,本发明可用于需要经常接入多信道的其他类型的多址***,例如TDMA、CDMA和FDMA。在这样的一些实施例中,本发明用来为每个独立的链路保留有关解调参数的状态,使得截获要求大大减少。在CDMA和FDMA***中,各信道的码元定时可以是独立的,这使得码元或码片(Chpi)定时回路能以与本文件中所说明的CTL类似的方式进行工作。
熟悉本技术领域的人员可以理解,上述按照本发明原理设计的无线***可以是一个蜂窝***,其中的座机110表示一个为蜂窝电话网内小区之一服务的基站。
可以理解,熟悉本技术领域的人员根据所附权利要求书给出的本发明的精神对以上为了解释本发明的本质所例示和说明的这些部分无论在细节上、部件上还是配置上都可以作出种种改动,因此都应列入本发明的专利保护范围。
Claims (12)
1.一种无线电话***,包括:
(a)一个具有一个座机接收机的座机收发机;以及
(b)多个无线手机,每个无线手机包括一个在一个共享信道上通过座机收发机与座机建立一个无线链路的手机收发机,座机接收机包括维护多个用来与一个特定手机同步的解调参数的同步装置和为每个手机存储一组解调参数、在座机要与一个特定手机同步时向同步装置提供这个特定手机的那组解调参数的装置。
2.权利要求1的***,其中所述无线链路是一个时分多址(TDMA)链路,每个手机在为手机分配时隙的TDMA方式的一个独占时隙期间进行通信。
3.权利要求1的***,其中所述为每个手机存储的解调参数组在本手机的每个时隙更新。
4.权利要求1的***,其中所述座机可以连接到一个或多个外部电话线路上。
5.权利要求1的***,其中在每个时隙期间发送一系列自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)数据样点。
6.权利要求1的***,其中:
所述同步装置包括一个自动增益控制(AGC)回路、一个载波跟踪回路(CTL)和一个均衡回路;以及
所述解调参数包括:
确定AGC回路的状态的一个AGC状态参数;
确定CTL回路的状态的一个CTL频率参数和一个CTL NCO参数;以及
确定均衡回路的状态的一组均衡系数。
7.权利要求6的***,其中:
所述AGC回路包括一个AGC积分器,它具有为每个手机存储一个AGC状态参数的多个寄存器;以及
所述CTL回路包括一个CTL频率积分器,它具有为每个手机存储一个CTL频率参数的多个寄存器,以及一个CTL NCO积分器,用来为每个手机存储一个CTL NCO参数。
8.权利要求7的***,所述***还包括一些与用来存储AGC状态参数、CTL频率参数和CTL NCO参数的这些寄存器连接的启用选择单元和多路开关,用来在一个手机的时隙期间选择这个手机的相应解调参数。
9.一种在一个具有一个座机,这个座机包括一个具有一个座机接收机的座机收发机,和多个无线手机的无线电话***中为每个手机在一个共享RF信道上与座机收发机建立一个无线链路的方法,所述方法包括下列步骤:
(a)在每个手机的时隙开始处按照这个手机的多个解调参数在
座机和手机之间进行同步;
(b)为每个手机存储一组与在该手机的最近时隙期间所用的解
调参数一致的解调参数;以及
(c)在同步期间,切换到座机要与之同步的每个手机的解调参
数组。
10.权利要求9的方法,其中所述无线链路是一个TDMA链路,每个手机在为手机分配时隙的TDMA方式的一个独占时隙期间进行通信。
11.一种与多个无线手机进行通信的座机,包括:
(a)一个具有一个座机接收机和一个座机发射机的座机收发
机,用来在一个共享信道上与手机建立无线链路;
(b)同步装置,用来按照多个解调参数与每个手机同步;以及
(c)为每个手机存储一组解调参数的装置,用来在座机要与一
个特定手机同步时将同步装置切换到这个特定手机的那组
解调参数。
12.权利要求11的座机,其中所述无线链路是一个TDMA链路,每个手机在为手机分配时隙的TDMA方式的一个独占时隙期间进行通信。
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