TW384582B - Method for correcting the carrier frequency errors and spread spectrum coding sequence clock in direct sequence spread spectrum communication system and the receiver using the method - Google Patents

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A7 五、發明説明（1 ) 發明領域 本發明是關於直接序列展頻通信的領填、，特 別是關於直接序列展頻通信系統中載波頻率誤 差及展頻碼序列時脈之絛正。 發明背景 在^接^序列展頻通信中，資訊解調前需要修 正載波頻率誤差及展頻碼序列時脈以遮+載波與 展頻碼同步。習知的作法中有用滑動關連器來 - ‘ 、 >. 作時脈修正者，然而這<種作法不僅費時，且由於時 脈課差係與載波頻率誤差同時存在且耦舍在一 ，故上述習知作法實質上^無洼：有效修i時脈誤 差。 經濟部中央標準局負工消費合作社印聚 ；請先聞讀背面之注.意事項再填寫本頁) 另一種習用作法是以匹配遽波H參達成載波 與展頻今同I，然後再以鎖相迴路進行進一‘步 的修正。但是這種作法限於載波頻率誤差小於 展頻碼序列週期之倒數的情況下.，才能正確運 作；然而事實上，直接序列展頻通信中之載波 頻率誤差往往大於展頻碼序列週期之倒數，而 使致此種作法不適用。 美氩i鈾篕號及美國專鰣箨號 中提出以展頻碼的快速傅利葉轉換來匹配接收 信號的快揀構利葉轉換之作法，這兩個專利均 是針對衛星定位系統（GPS)信號的特性來設計。上 述兩項專利均是藉增加匹配濾波器的快速傅利 L:\EXT\S2\52160.DOC\4 — 4 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2 ) 葉轉換運算之點數冬增加1波_頻瘗誤盖佐钍之 精確度+此種方式對於資料傳送速率只有50 bits/secJ1_Q_P_S_^言尚稱可jf，但對於一般的直接序 列展頻通信系統如分碼多重進接（QPMA)系統而言 ”資訊傳送速率係遠大於50 bits/sec，故^上述作J法 考於一般的直接序列展頻通信系羞ϋ可行。 此外，上述兩項專利均是將匹配濾波器輸出的 最高尖峰當作展頻碼序列時脈，這是因爲GPS的 ^_道只有一個主要路餘，故只會產生一個最声 尖峰；然而一般直接序列展趨通信系統的傳輸 頻道常是具有多重路徑，例如CDMA系統的通信 頻道即是多重路徑衰減頻道，因此，並不能以 匹配濾波器輸出之最高點作爲展頻碼序列時脈 〇 基於上述習知技藝所具有之缺憾及所面臨之 難題，本發明之一目的即在於提出一種適用於 修正一般直接序列展頻通信系統具有任意大小 之載波頻率誤差的方法及裝置； 本發明之另一目的在於提出一種可一併修正 載波頻率誤差及展頻碼序列時脈的方法及裝置 ♦ 本發明之又一目的在於提出一種適用於所有 直接序列展頻通信系統“包括具有多重路徑衰減 頻道及具有任意資訊傳送速率之系統)之載波頻率 * L:\rmS2\52160.DOC\4 — 5 — 本紙張尺戽適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先Μ讀背面之汰意事項•再填寫本頁) -裝- 訂 A7 B7 五、發明説明（3 ) 誤差修正及展頻碼序列時脈修正的方法及裝i » 本發明之再一目的在於提出一種全數位化之 修正載波頻率誤差及展頻碼序列時脈的方法$ 裝置，使其適用以積體電路鉑ϋ參度施，而' 符合”輕薄短小"的設計要求。 發明综述 本發明首揭將載波頻率誤差之修正區分爲整 數載波頻率誤差修正及非整數載波頻率誤差修 正；其中整數載波頻率誤差係定義爲展頻碼序 列週期倒數之某一整數倍，而非整數載波頻率 誤差即爲小於展頻碼序列週期之倒數者。 利用整數載波頻率誤差被賦予之規則性，可 藉由將接收信號匹配中心頻率爲展頻碼序列週 期倒數之整數倍的該展頻碼序列，，以及搜尋匹 配結果中振輻最太者.，即可迅速得出整數載波 頻率誤差。 經濟部中央標窣局負工消費合作社印製 t請先閱讀背面之注t事項界填寫本I ) 利用非鸯數t載波竭％誤差小.於展頻碼序列週 期倒數之事實"可藉前述匹配結卷中_旋轉角度 差啲tt算而得出’非整數載波頻率誤差。 本發明之上述方法可簡便有效地修正具有任 意大小之載波頻率誤差，且可以全數位化的方 式來實施；更可與任何習用之展頻碼序列時脈 的修正技術相配合=» L:\EXT\52\S2160.DOC\4 — 6 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 A7 B7五、發明説明（4 ) 此外，對於已修正載波頻率誤差之直接序列 展頻通信系統而言，本發明首揭利用頻道爲一 最小相位移_ m應具有最小延遲分散（delay spread) 之性質〜，而搜索頻道脈衝f摩冬主要路徑琴遲 分散最小I，以決定鏖蠤廳扁齟蜍磁·；本發明 之修正展頻碼序列時脈之方法可以數位化的方 式來實施。 本發明上述之修正載波頻率誤差及修正展頻 碼序列時脈之方法可適用於具有多重路徑及具 有任意大小之資訊傳送速率的直接序列展頻通 信系統。 直接序列展頻通信系統中*有些系統具有領 航信號*有些系統則否；對於存在領航信號或 不存在領航信號之直接序列展頻通信系統，本 發明提出之方法多裝置均可藉同一架構來進行 載波頻率誤差修正及屏，哼暾農涤正。 本發明之其它技術特徵和詳細技術内容可藉 下列之圖式及詳細説明而瞭解。 圖式之簡單説明： 圖1爲本發明第一實施例之系統架構的方塊圖 圖2爲本發明第一實施例中匹配濾波器之一匹 配結果 圖3爲圖1中整數載波頻率誤差修正之方塊圖 圖4爲圖1中非整數載波頻率誤差修正之方塊圖 L:\EXT\S2\S2160.DOC\4 — 1 ^ *(請先閲婧背面之注*意事項—填寫本莧) .-ο-裝.

.1T om. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（2Ι0Χ297公釐） 經濟部中央標準局貝工消费合作社印褽 A7 B7 五、發明説明（5 ) 圖5爲圖1中展頻碼序列時脈修正之方塊圖 圖6爲本發明第二實施例之流程圖 囷7爲本發明第二實施例中匹配濾波器之一匹 配結果 ，圖8爲本發明第二實施例中非整數載波頻率镁 差修正之方塊圖 發明之詳細説明: 本發明所提出之方法及裝置可適用於所有直 接序列展頻通信系統，尤其適用於具有高侈送 速率及多重路徑4 m釔1 m i熏.— 系統。 依據本發明之第一實施例的系統架挺如圖1 所示。高頻信號由天線101接收後經高頻接收模 組102(RF front-end)降爲複數等效基頻信號（complex equivalent baseband signal)，，此基頻信號有實數部份 (I(t))及虛數部份（Q⑼。基頻信號經類比數位轉換 器103以一個展頻碼時間（Tc)爲週期抽樣後 < 成爲 一複數數位序列r[n](r[n]=I[n]+jQ[n]) 〇此複數數位序列 儲存在記憶體104中。將儲存之複數數位序列分 割爲長度是N的區段可以是一個領航展頻碼 序列的長度（Νρ)或一個資訊展頻碼序列的長度（Nc) 分割後的數位序列（r[n])經快速傅利葉轉換（FFT) 運算後¥，產生在頻域的接收信號（R[k])。 L:\EXT\52\52160.DOC\4 — 8 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -(請先Μ讀背面之注-意事項界填寫本頁) 訂 A7 B7 五、發明説明（6 ) 在尚未討論載波頻率誤差修正及展頻碼時脈 修正之前，先來描述快速傅利葉轉換匹配濾波 器的工作原理及快速傅利葉轉換的調變特性如 下： I.快遣i逛重替遙氐I遙H姐iS < xl[n]及χ2[η]是二個長度爲N的數位信號（η是介 於0和Ν - 1之間），其FFT分別爲Xl[k]及X2[ k ]。若 X3[k]等於 Xl[k]和 X2*[k]的乘積，則 x3[n]是 xl[n]和 x2*[((-n))N](註：（00)>1球m〇d N，（(x))n介於0和N-1之間）循環迴 旋（circular convolution)的結果。 X3[k] = Xl[k]X2*[^] N-1 * (1)

x3[n] = ^Z〇xl[m]x2 [((n + m))NJ 其中（(n+m))N是11 + 111除以N的模數且（(n+m))N是介於0 和N - 1之間。 Π .快速傅利葉轉換.的調變特性 ， 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注-意事項#'填寫本I) 一個長度爲N的數位信號x[n]，其FFT爲X[k]。 將x[n]調變到載波，即是x[n]i^/n，〜是 exp(-y勢）。調變後的信號之FFT爲辱-/·))#]。 載波頻率誤差修正及展頻碼序列時脈修正的 方法，可依據領航信號是否存在有不同的流程 及做法，但均可利用同一之架構來實施。本發 L:\EXT\52\52160.DOC\4 — 9 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） A 7 B7 五、發明説明（7 ) 明之第一實施例是考慮領航信號存在時的情況 〇 I.當領航信號存在時 當領航信號存在時，先搜尋整數載波頻率 誤差，然後估計非整數載波頻率誤差，最後棱 尋展頻碼時脈。φ a.整數載波頻率誤差修正 整數載波頻率誤差是一個領航展頻碼序列 週期倒數（^)的整數.倍。我們以快速傅利葉轉換 y ΡΙ(： 匹配濾波器（FFT Matched Filter)來搜尋整數載波頻率

I

誤差。這一個方法是將接收信號匹配ί公邋枣義 整數載波頻率誤差的領航展頻碼序列，然後依I 匹配濾波器輸出的振幅決定整數載波頻率誤差 〇 假設領航展頻碼是cp[n]，（^閃是Cp[n]的FFT。接 收信號r[n]是 r[n] = cp[((« + a)) N ]exp〇'«offn + χ} + φ] (2) iy Ρ 經濟部中央標準局貝工消費合作社印掣 *(請先閱讀背面之注-意事項#'填寫本頁) 其中α是分割區段起點和領航展頻碼序列起點 的差値，iiy是載波頻率誤差V X是隨機相位，η[η] 是雜訊ί這裏考慮頻道只有一個主要路徑的情況 ，當頻道有多重路徑時，則每一個路徑都和單 一路徑相同）。定義R[k]C/[((k-i))Np]的IFFT爲 CRi[n] ( CRi[n]是匹配濾波器的輸出）。CRi[n]可寫爲 L:\EXT\S2\52160.DOC\4 — 1 〇 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（8 ) Ν~ι CR；[n]= X c [((m + a))NJc *[((m + n))N Jexpiy'iy^w-y^iCim + n))^ m = 〇 P P p p (3) 其中η·[η]是輸入雜訊所產生V當《例爲0時，CRi[a] 是 N-1 = ^ Σ exp〇'(iy^-~ΐ)πι}6χρ{-7'-^ΐα + Ζ} m = 0 ^ p 描繪在圖2。由圖 (4) 依據方程式4並令i==〇,將 N. 2可得知當 < off 時，!2^1小於0 22 无時，1^1大於0.636。當丨〜μ驚 (請先閲讀背面之汰意Ϋ項.再填寫本頁) 依據方程式4改變不同的i値，即是將匹配 濾波器的脈衝響應（領航展頻碼序列）調變到頻率

爲的載波上v將接收信號和中心頻率爲这;·之 iV N 匹配濾波器脈衝響應匹配後-，其輸出振幅是 CR^ai N. 。祭載波頻率誤差和匹配滤波器脈衝響應 的中心頻率的差値小於丄時（ Np foff 2π . --i Np <—-) Np； 則匹 經濟部中央標隼局負工消费合作社印製 &濾施盎鐘达钧簏馇倉土族以站，其他情況振幅 ·- —* — 則會小於0.22。 我們可以依據方程式4，迴旋移動領航展頻 碼的FFT (改變不同的i値），得到匹配濾波器輸出 振幅（。若整數載波頻率誤差是，\£Rj_[ai N. N.

L:\EXT\S2\52160.D 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） A7 B7 五、發明説明（9 ) 會有最大値*經整數載波頻率誤差修正後，非 整數載波頻率誤差可寫爲 請 先 閲 讀 背 ιέ 之 注 意· ί裝 頁 ί^ωoff - ω〇ίΓ (5) 是估計之整數載波頻率誤差，且Ιδο^Ι小於 π 或等於 由圖2可得知對稱於頻率爲0 ΝΡ Νρ 的値會近似 < 且頻道脈衝響應的旋轉方向是反 時鐘9同理當且接近時，， 丨C巧;1-[-θ和丨巧》㈣的値會近似，且頻道脈衝響應的旋 ΝΡ Νρ 訂 轉方向是順時鐘。 將R[k]和Cp#[((k-i))Np]相乘後儲存在記憶體110中 #經反快速傅利葉轉換（IFFT)運算111後計算其振 幅112。之後即可進行整數載波頻率誤差修正114 ，其系統方塊圖如圖3所示，即搜尋IFFT運算後 的最大振幅並記錄爲Αρμ]301。在可能的載波頻率 誤差範圍内，改變i値並重複上述運算。以 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 ：lAGhz Ϊ :IOMjz，\ = 1024爲例、若載波頻率誤 差在10 ppm以下，則i的搜尋範圍是{-3, -2, -1，0, 1, 2, 3} P 比較Ap[i]並選擇最大者是爲ApK]3〇2 ·所以整 數載波頻率誤差決定爲^^w。比較七丨€]和Ή + 1]和 νίρμ-η的値303，若\⑷和ylpy + l]相近則決定方向旗. L:\EXT\52\S2160.DOC\4 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（1(3 ) 標 爲 1 3若七[£]和、ρ-ι]的 値相近_ 決 定 方 向 旗 標 爲 -1 。若非上述兩種狀況則決定： 方向旗標爲0 最 後 輸出整數載波頻率 誤差控制 信 號 給 展 頻 碼 的 FFT之共軛複數109或自 動頻率控 制 10f ! 用 以 修 正 整 數載波頻率誤差。 (修正之後 > 將 i値設爲0 9 若 由展頻碼的FFT之共輊複教109修正則i 値 設 爲 ί >若由自動頻率控制 1 0 5修正 則 i値 設 «λ 爲 0 。命 0 重 新計算匹配濾波器輸出並 搜 尋 最 大 振 幅 (APmax)。'輸出啓動信號、 方向旗標 及 APraax 0 鳞 非整數載波頻率誤差 修正 非整數載波頻率誤 差是估計 相 鄰 兩 個 快 速 傅 利 葉轉換匹_配滤波器 輸出的旋 轉 角 度 差 而 得 依 據方程式4，假設相 鄰兩個匹 配 濾 波 器 輸 出 之 第 一個輸出的第α點如下（已知 整 數 載 波 頻 率 誤 差 爲 2jt ) NP N-l CR〇[a] = iVp Σ exp〇'A6；o(rm}exp{-7—^α + ^} (6) m = 0 Ρ ， 第二個輸出的第ot點 則是 CR0[or] = iVp Σ exp〇'Aiy〇irm}exp{-7(-^L^ar-Aiy〇irNp) + z} m= 0 p ⑺ 由方程式6和7可得知相 鄰兩個匹 配 滤 波 器 輸 出 的 旋 轉角度差（ΔΘ)即是Δα 〇ffNp，1 經 上 述 整 數 載 波 頻 率 誤差修正後， |小於或等於- π 9 所 以 |Δλ 小於或等於π。計 算相鄰兩 個 匹 配 濾 波 器 輸 出 的旋轉角度差（Δθ)， 再將此旋 轉 角 度 差 除 以 L:\EXT\52\52160.DOC\4 · 13 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 請 先 閲 讀 背 面 之 注. 意 事 項 再- 填 寫 本 頁 A7 B7 五、發明説明（11 ) 一個領航展頻碼序列週期·，即爲非整數載波頻 率誤差（#，若以數化方式表示Tc = 1 )，在非整 丄、p上c 數載波頻率誤差修正時，方向旗標可以決定旋 轉角度差的計算方法。若方向旗標是· 1時^，以 蝻時鐘方向計算旋轉角度差，ΔΘ介於0度及-360度 *若方向旗標是1時 < 以反時鐘方向計算旋轉角 度差，ΔΘ介於0度及360度。若方向旗標是0時， 旋轉方向未決定，以反時鐘方向或順時鐘方向 計算旋轉角度差但選擇ΔΘ介於〇度至180度或介於 0度於至-180度》 假！此差統是t邋盆巍羞蠡施揚1鍈、，所 以頻道有多：1：盛ϋ衰.減iadingj。爲_了 得到較佳的估計，我們可以選擇幾個主要路徑 來估計非整數載波頻率！差。非整數載波頻率 誤差修正115之系統方塊圖如圖4所示。 •輸入^_„並決定一個門拳，選擇J個匹配濾 波器輸出振幅大於門檻句i |螯徑4以，計算夸 經濟部中央標準局—工消費合作社印策 (請先閲讀背面之注·意事項耳填寫本頁) 一主要路徑的角度（死/·]) 4〇2 再依撼方逸遽撮計 - 算每一個主要路徑的旋轉角度差(△呵η) 403 ;計算 每一路徑之旋^轉J .度差的M m棄拖，(爾，帅： ，·以及平均每一路徑的哪,{Δ^：/Ί}爲Α否：，

—— ； I Δ^ = 1 iavg.mm (8) pj=l L:\EXT\52\52160.DOC\4 一 14 一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） B7 五、發明説明（12 ) 即是非整數載波頻率誤差估計値。最後輸 出非整數載波頻率誤差控制信號給自動頻率控 镛 制105，激正非整數載波頻率誤差。輸出啓動信 號用以啓動時脈修正。 ，c .展頻碼序列時脈修正 經載波頻率誤差修正後，快速傅利葉轉換匹 配滤波器的輸出振幅可寫|Μ((η-α))〜]|。|Μ((«-α))~]|是 迴旋移動的頻道脈衝響應振幅。因爲迴旋移動 的性質，展頻碼時脈不一定是匹配濾波器輸出 的第一個主要路徑，所以需要搜尋頻道脈衝響 應的起始點β我們假設頻道是一個最小相位移 系統》最小相位移系統具有最小能量延遲的性 質，所以頻道脈衝響應的主要路徑較集1k，即 是其主要路徑分散範圍最小或延遲分散（delay spread)最小？展頻碼序列時脈修正116之系統方塊 如圖5所示。 經濟部中央標準局負工消費合作社印袋 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 輸入並決定一門檻*若匹配濾波器輸出 之振幅大於此門檻定義爲主要路徑501。然後假 設每個主要路徑爲時脈起始點計算主要路徑分 散範圍（DL/]) 502 *£>[/]的計算方法如T :定義以第 j個主要路徑爲起始點的一個週期，，此週期是由 第j個主要路徑到匹配濾波器輸出的最後一黟， 接著是匹配滤波器輸出的第一點到第j個主要路 徑的前一點爲止。是以第j個主要路徑爲起始 L:\EXT\52\52160.DOC\4 — 15 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X29*7公釐） A7 B7 五、發明説明（13 ) 點的一個週期中第一條主要路徑的位置和最後 一個主要路徑的間隔。選擇最小的£)[/!爲-則 第α個主要路徑爲頻道脈衝響應時脈起始點即 是展頻碼序列時脈。 II .當領航信號不存在時 / 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 (請先閲讀背面之注·意事項再填寫本頁) 本發明之第二實施例是考慮領航信號不存在時 的情況，當領航信號不存在時，我們則以資訊 信號來估計載波頻率誤差及展頻碼序列時脈 這裡的資訊調變假設爲BPSK a因爲資訊調變使得 我們需要先得到展頻碼序列時脈〜才能修正載 波頻率誤差《.圖6是第二實施例之整個載波頻率 及時脈修正的流程圖"我們先以快速傅利葉轉 換匹配濾波器來匹配接收信號並產生"有效輸出 "601。此"有效輸出"是指匹配濾波器的輸出振幅 會產生尖峰（peak)，這個尖峰是因爲展頻碼匹配和 載波頻率誤差調變而產生1^利用此"有效輸出" 搜尋展頻碼序列時脈602。展頻碼序列時脈修正 後v搜尋整數載波頻率誤差603 _再以匹配濾波 器輸出的相位旋轉來估計非整數載波頻率誤差 604，‘後又再一次搜尋展頻碼時脈605。 a J生"有效輸ά / 以快速傅利葉轉換匹配濾波器匹配接收信號 來搜尋"有效輸出"。因爲分割區段的時脈未能 L:\EXT\S2\52160.DOC\4 ~~ 1 6 "" 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0>< 297公釐） 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（14 ) 和展頻碼序列時脈同步f所以資訊調變及載波 頻率誤差皆會影響匹配濾波器輸出的振幅， 假設資訊展頻碼是cd[n]，（：#]是cd[n]的FFT -接 收信號r[n]是 r[ri] = dniri\cd[({n + α))Ν^χ^ω offn + χ} + ri[n] (々 drr^n] = d\ {t^ri\ - t^n - a]) + d2- (w[n -a]- i^n - Nd ]) 其中a是分割區段的起使點和資訊展頻碼序列 的起使點的差値，是載波頻率誤差'，X是隨機 相位，n[n]是雜訊· dm[n]是分割區段中前後兩個 不同的資訊調變位元组成的序列，其中u [ η ]是步 階函數，dl是區段中第一個位元> d2是第二個位 元。定義 R[k]Cd[((k-i))Nd]的 IFFT 爲 CRi[n]。CRi[n]可寫爲 $ Ν-1 * CR,[n]= Σ dm[m]cd[((m + a))NJcd [((m + n))NJexp{yiy〇#/w-y^i((m + n))Nd + m = 0 d (10) 其中n|[n]是輸入雜訊所產生—當n[n]爲0時f CRi[n] 是 N — 1 CR,[a] = Nd Σ dm[m]exp{;(iy0# + χ) (11) m = 0 % d 依據方程式11並令i = 0及dl=-d2,將|C》[a]丨在a = 0， a = Νά卜反α = Ν」2採繪在截Ί。由圖7可得知，當 a = Ndl2i 〇)off = 0@ ， i》[-]丨爲 〇 0 當 a =//d/2且 = ±祭 時，^^爲0.636。由上述第一個例子可知，雖然

Nd - 沒有載波頻率誤差但是資訊調變會造成匹配濾 波器輸出爲0。在第二個例子可得知若將輸入信 L:\EXT\52\52160.DOC\4 一 17 — 本紙張尺度適用中國固家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ； ^------οτ^-- (請先閲讀背面之注-意事項#填寫本瓦) 訂 A7 五、發明説明（15 ) 號和中心頻率爲±^L之資訊展頻碼匹配良，其輸 出振幅會有0.636。所以我們可以得私，輸入信號 和不同中心頻率資訊展頻碼匹配後，在某一次 的匹S&輸出會產生尖峰。當dl=d2時，其狀況和 實施例I (領航信號存在時）相同，所以必能產生尖 峰〇 將R[k]和（：/[(&-〇)&]相乘後儲存在記憶體 經IFFT運算後計算其振幅。搜尋IFFT運算後的最 大振幅並記錄爲Ap【i]。在可能的載波頻率誤差範 圍内，改變不同的i並重複上述運枭。以/c=2.4Gfe ，+ = ，' =1024爲例，若載波頻率誤差在10

1C ppm以下，則需要搜尋i的範圍是{-3, -2, -1，0, 1，2, 3}。 比較Ap[i]並選擇最大者是爲ΑΡ„^，則R[k]和 Cd*[((k-〇)NJ匹配後的輸出是”有效輸出"，在a步驟 中得到的••有效輸出"，提供給b步驟用以第一次 時脈修1。其系統方塊圖與圖3所示者相。 經濟部中央標準局—工消费合作社印製 (請先閲讀背面之注•意事項'再填寫本頁) b . 第一次時脈修正 經a步驟後，匹配濾波器會產生"有效輸出" 。"有效輸出"的尖峰仍是迴旋移動後的主要路 徑。所以時脈修正的原理及方法都和上述領航 信號存在時相同•·只是改爲以在a步驟得到的" 有效輸出"來修正時脈。其系統方塊圖如圖5所 示。 L:\EXT\52\52160.DOC\4 — 18 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） A7 B7 五、發明説明（ 16 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 C .整數載波頻率誤差修正 經b步驟後，資訊展頻碼時脈和分割區段時 脈已經同步，所以資訊調變不會影響匹配濾波 器輸出振幅，《0此整數載波頻率誤差修正的方 法和原理和上述領航信號存在時相同·" /‘ 在c步驟中修正整數載波頻率誤差，並且產 生方向旗標提供給d步驟使用。因爲整數載波頻 率誤差修正和a步驟產生"有效輸出"的方法相似 ，都·是搜尋及比較匹配遽波器輸出之最大振幅 ，所以整數載波頻率誤差修正和產生"有效輸出 "可以共用同一子系統，其系統方塊圖與圖3所 示者相同。 d.銮整數載波頻率誤差修正 非整數載波頻率誤差是估計非整數載波頻 率誤差造成相鄰之匹配濾波器輸出的旋轉角度 差（ΔΘ)而得#但是我們只能量測到相鄰之匹配濾 波器輸出的旋轉角度差（△(}>)，又資訊調變會造成 △φ和ΔΘ有180度模糊量，因此我們需要修正Δφ來 估計雄。依據方程式11，假設相鄰兩個匹配滤波 器輸出之第一個輸出的第α點如下_(已知整數載 波頻率誤差爲 Nd N-1 CR0[a] = i/l-^d Σ exp{jAmoffm}&^{-j^la +χ] ，第二個輸出的第α點則是 (12) ---^------cr^~------ΐτ----- (請先閲讀背面之注意事項'再填寫本頁) L:\EXT\52\52160.DOC\4 19 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（n ) N-1 CRQ[a]^d2 Nd Σ exp{j^〇Fm}exp{-j(j^ia-Αω0^Νά) +χ} (13) m = Ο d 其中dl是第一個輸出的資訊位元，d2是第二個 輸出的資訊位元。*雖然經上述整數載波頻率誤 差修正後，小於或等於π，但是當 dl = -d2時，_ Δφ等於Δθ + π或Δθ - π «因爲以反正切函數 計算角度可解析的角度只有360度ν所以Δθ + π或 △θ-π認爲是相同的角度。 我們仍是依據方向旗標計算匹配濾波器輸 出的旋轉角度差#然後修正資訊調變造成的180 度模糊量得到非整數載波頻率誤差造成的旋轉 角度差。 當方向旗標是1時，#整數載波頻率誤差造 成匹配濾波器輸出反時鐘方向旋轉。 因爲Δφ及ΔΘ皆是正値，將符號Δφ及ΔΘ分別改爲 Δφ+及ΔΘ+。以反時鐘方向計算Δφ*，且Δφ+是介於0 度到360度之間。Δφ+可能是ΔΘ+或Δθ+ + π &爲了解決 資訊調變造成的180度模糊量我們可以利用當 方向旗標爲1時ΔΘ+是大於90度且小於270度的性質 ，依據表一修正Δφ+爲ΔΘ+。 表一 △Φ+ Δθ+ 0 〜0.5π Δφ+ + π 0.5π 〜1.5π Δφ+ 1.5π 〜2π △φ+ - π L:\EXT\52\52160.DOC\4 _ 2 0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .-ο-裝· 、1Τ A 7 __^_B7_ 五、發明説明（18 ) 當方向旗標是-ι時，非整數載波頻率誤差 造成匹配渡波器輸出順時鐘方向旋轉，.。因爲△<(>及 △Θ皆是負値_將符號△({>及ΔΘ分別改爲Δ(|Γ及ΔΘ·。以 順時鐘方向計算Δφ_ π且△(()-是介於〇度到-360度之 間。<Λφ-可能是ΔΘ-或Δθ· - π。·爲了解決資訊調變ΐέ 成的180度模糊量，我們可以利用當方向旗標爲-1時ΔΘ·是小於-90度且大於-270度的性質，依據表 二修正Δφ·爲ΔΘ·。 (請先閱讀背面之汰意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 L:\EXT\S2\S2160.DOC\4 -21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（19 ) 表二 Δφ' ΔΘ' 0 ~ 0.5π Δφ' - π -0.5π ~ - 1·5π Δφ' -1.5π 〜-2π Δφ" + π 當方向旗標及爲〇時 <旋轉方向未定，但其 非整數載波頻率誤差造成的旋轉角度差的絕對 値小於180度（|ΔΘ|<180)。因此需要以順時鐘方向估 計旋轉角度差（△<)〇及反時鐘方向估計旋轉角度差 (△φ+)«^Δ(|Γ是介於0度到-360度，Δφ+是介於0度到360 度》:我們假設ΔΘ+是介於0度到180度，ΔΘ·是介於0 度到-180度。若Δφ+大於180度或Δφ_小於-180度時， 則需要修正資訊調變造成180度模糊量《當Δφ+大 於180度時則ΔΘ+等於Δφ+ - 7Γ 。當Δφ_小於-180度時則 △Θ—等於△<})·+ «« 表三描述 Af，△<()·，ΔΘ+ 及 ΔΘ·間的 關係。由表三我們可得知Δφ-等於Δφ+ - 2 7Γ且ΔΘ·等 於Δθ+ - π 。所以當方向旗標爲0時*我們只要先 估計ΔΘ+，然後再將ΔΘ+減去180就可得到Δθ_ ” 表三 Δφ+ Δφ=Δφ+-2π Δθ+ ΔΘ =Δ θ +-π 0〜π -2π —π △φ+ Δφ+-π π〜2π -π〜0 Δφ+-π Δφ+-2π 假設此系線是f邋分磉進接4镕，所以頻 道有多重路徑衰減現象（multipath fading)。爲了得到 L:\EXT\S2\52160.DOC\4 22 ~ 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ； Q-私衣------ΐτ-----Αν t請先閱讀背面之注·意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（2〇 ) 較佳的估計，我們可以選擇幾個主要路徑來估 計非整數載波頻率誤差，其系砗方塊圖...如圖8所示 0 輸入並選擇P個匹配濾波器輸出振幅大 於門檻的主要路徑801，計算每一主要路徑的角 度（φ[ΐ])802，然後依據方向旗標計算每一個主要路 徑的旋轉角度差803並修正之8似。隨後計算每一 主要路徑之旋轉角度差的時間平均805 : 當方向旗標爲1時+計算每一主要路徑之旋 轉角度差的時間平均（αν&{ΔΘ+[7·]})。平均每一路徑 的 ovg,{M+L/]}爲 Δ歹+ : Α~θ+ =^avgt{A0+[j]} (14) >=1 」心/#,即是非整數載波頻率誤差估計値。 當方向旗標爲-1時，計算每一主要路徑之 旋轉角度差的時間平均（αν&{Δθυ}) *平均每一路 徑的 爲 Δ》-： Δθ' =Υ^^{ΔΘ~Ιί]} (15) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 (請先閲讀背面之；>χ·意事項4·填寫本瓦) 7=1 df/Λ^即是非整數載波頻率誤差估計値。 當方向旗標不爲0時，輸出非整數載波頻率 誤差控制信號給自動頻率控制105，修正非整數 載波頻率誤含。輸出啓動信號用以啓動時脈修 正 〇 L:\EXT\52\S2160.DOC\4 一 ·23 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） A7 B7 五、發明説明（21 ) 當方向旗標爲〇時，玖反時鐘方向計算每一個主 要路徑的旋轉角度差並修正之 <計算每一路徑之 旋轉角度差的時間平均（αν&{ΔΘ+(7·)})。平均每一路徑 的αν&{ΔΘ+(/)丨爲△歹+。順時鐘方向的旋轉角度差估計 (2lf)爲-π。順時鐘方向及反時鐘方向的非整▲ 載波頻率誤差估計分別爲Z^/乂和。 這兩個估計値只有一個是正確，我們以試 誤法決定正確的估計値。比較兩個非整數載波 ' ·* -»r 一·- .λ. 1 一一' 頻率誤差修正後的匹配慮波器輸出的最大振幅 振，具有較大匹配濾波器輸出的最大振幅振者 ，其對應之非整數載波頻率誤差爲正確估計。 先將輸入自動頻率修正器修正載波頻 經濟部中央標準局負工消費合作社印裝 (請先閲讀背面之·ίϊ意事項#填寫本頁) 率誤差，記錄修正後匹配；慮波器輸出的最大振 幅（^二）。再將輸入自動頻率修正器修正頻 率，記錄修正後匹配濾波器輸出的最大振幅 (必_)。比較^«及^，選擇較大者並以其對應 之非整數載波頻率誤差爲正確估計。輸出非整 數載波頻率誤差控制信號給自動頻率修正器、， 修正非整數載波頻率誤差。輸出啓動信號用以 啓動時脈修正。 e .第二次時脈修正 在第一次時脈修正時，可能因爲載波頻率誤 差尚未修正造成匹配濾波器輸出信號的SNR (信號 雜訊比）衰減，使得時脈修正不正確，所以再進 行第二次時脈修正。在d步驟後，載波頻率誤差 L:\EXT\52\S2160.DOC\4 ~ 24 ~ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 五、發明説明（ 22 A7 B7 好 如敎圍 較。i示及範 到同揭示之 得相份揭明 以驟充之發 可步已明本 正h 容發脱 修^内本不 脈方術於均 時的技基換 次正及士替 一修徵之及 行脈特術改 進時術技修 再。技項種 e 計之本各 正估明於之 修脈發m.作 經時本，所 己的 上示。 ；---一------------ir-----om. ·(請先閲讀背面之注·意事項#'填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央揉準局貝工消背合作社印策 AS B8 C8 D8 々、申請專利範圍 1. 一種於直接序列展頻通信系統中修正Hg 率誤差之方法，包括―： ^ 將接收信號匹配中心頻率爲一個展頻碼序列 週期倒數之整數倍的該展頻碼序列； .搜尋匹配結果中振輻最大者，以得出..太小爲 該展頻碼序列週期倒數之某一整數倍的載波 頻率誤差； 將搜尋得出之該·整數的匹配結果與其前後整 r 數之匹配結果作比較，以定出方向旗標； 依據該方向旗標計算出相鄰兩個匹配結果之 旋轉角度差； 以該旋轉角度差計算出非整數載波頻率誤差 ;以及_ _ 修正該4數倍及非整數之載波頻率誤差。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該展頻碼 序列爲一已知之領航展頻碼序列。 3. 如申請專利範圍第1項之汸法，其中該展頻碼 序列爲資訊展頻碼序列，且該匹配步驟之前 更包括： 搜尋該接收信號與該資訊展頻碼序列匹配得 出，之尖峰；以及 以具有最小延遲分散範圍之該尖峰修正該資 訊展頻碼序列時脈β 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該匹配係 L:\EXT\52\52160.DOC\S — 26 — 本紙張Λ度適用中國國家揉率（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） (婧先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 .-ο 六、申請專利範圍 利用一快速傅利葉轉換匹配滤波器來處理。 5. 如申請專利範圍第1或3項之方法，其中該定 出方向旗標之步驟中，當於該整數之匹配結 果接近於大於該整數之相鄰整數的匹配結果 .時，該方向旗標係被設，定表示逆時鐘方向；/ 當於該整數之匹配結果較接近於小於該整數 之相鄰整數的匹配結果時，該方向旗標係被 設定表示順時鐘方向；若非上述兩種狀況時 ，則，設定方向旗標爲零。 6. 如申請專利範圍第5項之方砝，其中、該y計算旋 轉角度差之步驟中，當該方向旗標爲零時， 可依逆時鐘方向或順時鐘方向計算旋轉角度 差，但計算所得之旋轉角度差須介於0度至180 度或介於0度至-180度。 7. 如申請專利範圍籮4或3硬鈦方祛，其中該計 算非整數之載波頻率誤差的步驟更包括： 將該旋轉角度差除以該展頻碼序列之長度。 經濟部中央揉準局男工消費合作社印裝 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 8. 如申請專利範圍第1或3項之方法，其中該計 算非整數之載波頻率誤差的步驟更包括： 定義匹配得出之振輻大於一預定門檻値者爲 主要路徑； 計算每一主要路徑之旋轉角度差； 計算該等旋轉角度差的平均値；以及 將該平均値除以該展頻碼序列之長度。 L:\EXT\52\52160.DOC\5 27 - 本紙張尺度適用中，國家標準（CNS ) A4规格( 210X297公釐） 六、申請專利範圍 9. 如申請專利範圍第1或3項之方法，其中於該 定出方向旗標之步驟後，即修正該整數倍之 載波頻率誤差。 10. —種於直接序列展頻通信系，统中修正載波頻 .率誤差及展頻碼序列時脈之方法，包括： ， 將接收信號匹配中心頻率爲一個展頻碼序列 週期倒數之整數倍的該展頻碼序列； 搜尋匹配結果中振輻最大者，以得出大小爲 該展頻碼序列週期倒數之某一整倍的載波頻 率誤差； 將搜尋得出之該整數的匹配結果與其前後整 數之匹配結果比較，以定出方向旗標； 依據該方向旗標計算出相鄰兩個匹配結果之 旋轉角度差； 以該旋轉角度差計算出非整數載波頻率誤差 修正該整數倍及非整數之載波頻率誤差；以 及 以匹配得出之振輻的延遲分散範圍最小，者修 正展頻碼序列時脈。 11. 如申請專利範圍第10項之方，其中該展頻 碼序列爲一已知之領航展頻碼序列。， 12. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該展頻 碼序列爲資訊展頻碼序列，且於該匹配步驟 L:\EXT\52\S2160.DOC\S 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4規格（？1〇Χ297公釐） 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意· 事 項 再- i 經濟部中央標準局爲工消費合作社印裝 々、申請專利耗圍 之前更包括： 搜尋該接收信號與該資訊展頻碼序列匹配得 出之尖峰；以及 以具有最小延遲分散範圍之該尖峰修正該資 .訊展頻碼序列時脈。 13. 如申請專利範圍第10或12項之..方法，其…中該匹 配係利用一快速傅利葉轉換匹配濾波器來處 理。. 14. 如申請專利範圍第10或12項之方法，其中該定 出方向旗標之步驟中，當於該整數之匹配結 果較接近於大於該整數之相鄰整數的匹配結 果時，該方向旗標係被設定表示逆時鐘方向 ;當於該整數之匹配結果較接近於小於該整 數之相鄰聱數的匹配結果時，該方向旗標係 被設定表示順時鐘方向；若非上述兩種狀況 時，則設定方向旗標爲零。 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印装 (請先S讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 15·如申請專利範圍第14項之方法，其中該計算 旋轉角度差之步驟中，當該方向旗標爲零時 ，可依逆時鐘方向或順時鐘方向計算旋轉角 度差，但計算所得之旋轉角度差須介於0度至 180度或介於0度至-180度。 16.如申請專利範圍第10或12項之方法，其中該計 算非整數之載波頻率誤差的步驟更包括： 將該旋轉角度差除以該展頻碼序列之長度。 L:\EXT\52\52160.DOC\5 _ 29 — 本紙張尺度逋用中國國&準（CNS ) A4規格（2l〇X297公釐) 六、申請專利範圍 一搜尋裝置，接收該匹配裝置輸出之振輻， 並據以決定出大小爲該展頻碼序列週期倒數 之某一整數倍的載波頻率誤差； 一比較裝置，用以比較搜尋得出之該整數與 .其前後整數的匹配結果，以定出方向旗標；’ 一第一計算裝置，用以依據.該方向旗標計算 出該匹配裝置兩個.相鄰輸出的旋轉角度差， 並利用該旋轉角度差計算得出非整數載波頻 率誤差； 一第一修正裝置，用以將m搜尋裝置及該第 一計算裝置之輸出反饋至該匹配裝置，以修 正該整數倍及非整數載波頻率誤差； 一第二計算裝置，接收已修正載波頻率誤差 之該匹配裝置的輸出，並計算出輸出振輻之 延遲分散範圍最小者以決定展瑪序列時脈 ;以及 經濟部中央標隼局貞工消费合作社印裝 (請先W讀背面之注意事項再埃寫本頁) 一第二修正裝置，用以將該第二計算黎置之 輸出反餚至該匹配裝置，以修正展頻碼序列 時脈。 21. 如申請專利範圍第20項之接收機，其中該展 '頻碼序列爲一已知之領航.展頻碼序列。 22. 如申請專利範圍第20項之接收機，其中該展 頻碼序列爲資訊展頻碼序列；該搜尋裝置亦 用以搜尋該匹配裝置之輸出振輻中的尖峰； L:\EXT\52\52160.DOC\5 — 3 1 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4«L格（210X297公釐） 々、申請專利範圍 17. 如申請專利範圍第10或12項之方法，其中該計 算非整數之載波頻率誤差的步骤更包括： 定義匹配得出之振輻大於一預定門檻，値得主 要路徑； ,計算每一主要路徑之旋轉角度差； ^計算該等旋轉角度差的平均値；以及 將該平均値除以該展頻碼序列之長度。 18. 如申請專利範圍第10或12項之方法，其中該修 正展頻碼序列時脈之步驟更包括 定義匹配得出之振輻大於一預定門檻値者爲 主要路徑； 分別以各個主要路徑爲起始點計算全部主要 路徑之延遲分散範圍；以及， 以最小延遲分散範圍之起始主要路徑作爲該 展頻碼序列時脈之起始點。 19. 如申請專利範圍第10或12項之方法，其中於該 -V ... I 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) '定出方向旗標之步驟後，即修正該整數倍之 載波頻率誤差。 20. —種用鲶i揍皋斗展逛通隹系ϋ接I邋， t 包括有天線及接收模组，其特徵在_於該接收 機包括： 一匹配裝置，用以將接收信/號_匹配中心頻率 爲一個展頻碼序列週期倒數之整數/倍I的該展 頻碼_^列； L:\EXT\52\52160.DOC\£ — 3 0 " 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（2H)X297公釐） A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 以及該第二計算裝置亦用以計算出該等尖峰 之延遲分散範圍最小者以決定該資訊展頻碼 序列時脈。 23. 如申請專利範園第20或益J之基验機，其中該 - — J J .匹釔裝置爲一快速傅利葉轉換匹配濾波器。 24. 如申請專利範圍第20或22項之接收機，其中該 搜尋裝置包括： 控制裝置，用以移動該展頻碼序列之中心頻 率；以及 選擇裝置，用以選出該匹配裝置輸出振輻中 之最大者。 25. 如申請專利範圍第21項之接收機，其中該第 一計算装置包括： 決定主要路徑之裝置，用以判定該匹配裝置 之輸出振輻大於一門檻値者爲主要路徑； 旋轉角度差計算裝置，用以依據該方向旗標 計算各主要路徑之旋轉角度差； 平均裝置，用以計算該等旋轉角度差之平均 値；以及 非整數載波頻率誤差計算裝置，用以將該平 均値除以該展頻碼序列之長度，以得出非整 數載波頻率誤差。 _ 26. 如申請專利範圍第22項之接收機，其中該第 一計算裝置包括： L:\EXT\52\S2160.DOC\5 本紙張尺度逍用中國國家揉準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） 請 先 Η 背 面 之 注 項 再- 填 寫 本 頁 經濟部中央標準局身工消費合作社印装 -32 - A8 B$ C8 D8 六、申請專利範圍 決定主要路徑之裝置，用以判定該匹配裝置 之輸出振輻大於一預定之門摇値者爲主要路 徑； 旋轉角度差計算裝置，用以依據該方向旗標 計算各主要路徑之旋轉角度差； / 旋轉角度差修正裝置，用以-修正該計算，得出 之旋轉角度差中因資訊調變所造成之模糊量 > 平均裝置，用以計算該等修正後之旋轉角度 差的平均値；以及 非整數載波頻率誤差計算裝置，用以將該平 均値除以該展頻碼序列之長度，以得出非整 數載波頻率誤差。 27·如申請專利範圍考趄4茲頊之揸氇，其中該 第一修正裝置係於該第一計算裝置啓動前即 修正該整數倍載波頻率誤差。 經濟部中央標準局貞工消费合作社印製 (請先《讀背面之注t事項毛填寫本頁) 28.如申請專利範圍第20或22項之接收機，其中該 第二計算裝置包括： 決定主要路徑之裝置，用以判定該匹配裝置 之輸出振輻大於一門檻値者爲主要路徑； 計算最小延遲分散範圍之裝置，其分別以各 主要路徑爲起始點計算全部主要路徑之延遲 分散範圍；以及 時脈決定裝置，用以將最小延遲分散範^圍之 L:\EXT\52\52160. DOC\5 — 33 — 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 起始主要路徑作爲該展頻碼序列時脈之起始 點。』 請 先 閩 之 注事· 項 裝 訂 經濟部中央標準局属工消費合作社印«. -34 - L:\EXT\52\S2160.DOC\5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2!〇X297公釐）