專利名稱：用于擴(kuò)展頻譜碼分多址通信的正交碼同步系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及擴(kuò)展頻譜通信，特別是涉及利用正交碼和移動(dòng)終端與基站之間距離的信息調(diào)節(jié)和對(duì)準(zhǔn)信息信道的相位以便在基站取得正交性的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
參考圖1，擴(kuò)展頻譜調(diào)制器51利用消息碼片碼(message-chip-code)信號(hào)g1(t)處理消息數(shù)據(jù)d(t)，以產(chǎn)生擴(kuò)展頻譜數(shù)據(jù)信號(hào)。發(fā)射機(jī)52利用在載頻f0的載波信號(hào)處理擴(kuò)展頻譜數(shù)據(jù)信號(hào)，并通過(guò)通信信道53發(fā)射。
在接收機(jī)，擴(kuò)展頻譜解調(diào)器54去擴(kuò)展接收的擴(kuò)展頻譜信號(hào)，并且通過(guò)同步數(shù)據(jù)解調(diào)器60把消息數(shù)據(jù)恢復(fù)為接收數(shù)據(jù)。同步數(shù)據(jù)解調(diào)器60利用一個(gè)參考信號(hào)同步解調(diào)去擴(kuò)展的擴(kuò)展頻譜信號(hào)。用平方律器件55，帶通濾波器56和分頻器57從接收的調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)產(chǎn)生參考信號(hào)是已知的現(xiàn)有技術(shù)?？扑顾规i相環(huán)或其它參考信號(hào)發(fā)生電路適用于此目的。
在一個(gè)衰落信道中，例如電離層或任何包含多徑的信道中，或更一般的任何其中接收的信號(hào)幅度隨時(shí)間波動(dòng)的信道中，因?yàn)檩斎胄盘?hào)的相位一般與參考信號(hào)的相位并不相同，所以同步解調(diào)不能實(shí)行。在這種情況下，使用差分相移鍵控(DPSK)。利用DPSK把接收信號(hào)延遲一個(gè)碼元，并乘以基礎(chǔ)信號(hào)。如果所得的相位小于±90°，則宣告為一個(gè)0-位，否則宣告為一個(gè)1-位。這樣一種系統(tǒng)是復(fù)雜的，并且在10-2差錯(cuò)率有大約6dB的退化。
現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有提供利用擴(kuò)展頻譜調(diào)制與基站同步通信并且結(jié)合使用到移動(dòng)終端的距離在基站獲得正交性的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一般目的是一種可以用作個(gè)人通信服務(wù)的地理定位系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的一個(gè)目的是一種用于同步傳送嵌在CDMA信號(hào)中的調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)，和地理定位遠(yuǎn)端單元，并且無(wú)論信號(hào)是否衰落都能良好執(zhí)行的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是一種使用一分離的擴(kuò)展頻譜信道作為數(shù)據(jù)鏈路的導(dǎo)頻信號(hào)，以地理定位遠(yuǎn)端單元和解調(diào)嵌在CDMA信號(hào)中的調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)的地理定位系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的一個(gè)附加目的是同步擴(kuò)展頻譜通信和地理定位系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是利用正交碼和到移動(dòng)終端的已知距離以在基站獲得移動(dòng)終端用戶數(shù)據(jù)信號(hào)的正交性的擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是一種在一雙工無(wú)線信道的反向鏈路上利用正交碼系統(tǒng)和方法。
當(dāng)前蜂窩CDMA系統(tǒng)不在反向鏈路上使用正交碼。實(shí)際上IS-95系統(tǒng)在反向鏈路上使用非相干檢測(cè)。這是由于當(dāng)擴(kuò)展碼從多個(gè)移動(dòng)用戶到達(dá)基站時(shí)難于使它們相互同步。為了使代碼正交，不同的代碼必須在基本上相同的時(shí)間開(kāi)始，并且結(jié)束于恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間。因此，由于移動(dòng)用戶站離開(kāi)基站不同的距離，并且可能在運(yùn)動(dòng)，因而既使所有信號(hào)在它們離開(kāi)移動(dòng)站時(shí)被同步，當(dāng)這些信號(hào)到達(dá)基站時(shí)不同的路徑長(zhǎng)度也將使它們不同步。
如果在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行抽樣或如果預(yù)定的波形在時(shí)間上適當(dāng)?shù)貙?duì)準(zhǔn)，在檢測(cè)處理中至少有三種不同的信號(hào)可以增益。這兩個(gè)概念，即，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行抽樣或?qū)⒁阎牟ㄐ螌?duì)準(zhǔn)，一般被稱為同步化。在載波同步的情況下，必須跟蹤正確的載波相位。這意味著也遵循正確的頻率，因而，已知波形被相位對(duì)準(zhǔn)。在PN碼同步情況下，必須參照接收的PN碼滑移本地產(chǎn)生的PN碼的相位，直到兩個(gè)信號(hào)具有準(zhǔn)確的相位對(duì)準(zhǔn)；通過(guò)使本地產(chǎn)生的PN碼的碼片時(shí)鐘鎖定于接收的PN碼的時(shí)鐘來(lái)維持這種對(duì)準(zhǔn)。這也是對(duì)已知波形的相位對(duì)準(zhǔn)。
在信息信號(hào)的情況下，必然涉及有某種程度的不確定性，或可能沒(méi)有發(fā)射的信息。因此，如果信息是以逐位基礎(chǔ)發(fā)射的，決策是在信息的每一位期間作出的。如果使一個(gè)噪聲平均值濾波器或積分器與預(yù)定的比特率匹配，而不是與預(yù)定波形的預(yù)定相位匹配，并且如果在比特周期的末尾進(jìn)行抽樣而使積分處理到達(dá)最大值，那么可以測(cè)量出接收信號(hào)的相位或幅度，以確定信息的內(nèi)容。例如，一個(gè)在fc的預(yù)定波形的載波正弦波，在預(yù)定的相位持續(xù)數(shù)百個(gè)周期。然后信息信號(hào)可能使相位變動(dòng)到另一個(gè)預(yù)定的并且是可接受的相位角。這種相位上的改變可以代表一個(gè)包含著信息比特的碼?，F(xiàn)有技術(shù)包括了許多用于既使在接收的載波由于信息而偶爾改變其相位時(shí)也能維持同步的本地載波的技術(shù)。
在CDMA系統(tǒng)中，有一種比從信息信道導(dǎo)出干凈的本地載波更好的方式在接收機(jī)導(dǎo)出干凈的本地載波。在CDMA系統(tǒng)中，可以發(fā)送相同的、但是具有疊加在其上的不同的PN碼的RF載波。這種信號(hào)其上沒(méi)有未知的信息；它是鏈路兩端都知道的完全預(yù)定的信號(hào)。由于這種信號(hào)具有與用戶信息信道碼不同的碼，因而完全可以從用戶信息信道中分辨出它。因此，兩個(gè)信號(hào)可以在同一時(shí)間占據(jù)相同的頻譜，并且僅造成相互之間的很小的干擾。這種信號(hào)稱為導(dǎo)頻信道，并且可以在接收機(jī)用一個(gè)能夠使它成為十分穩(wěn)定的參考信號(hào)的窄帶濾波器對(duì)其進(jìn)行濾波。然后把用戶信息信道相位與這個(gè)干凈的參考比較，以確定進(jìn)行什么改變來(lái)反映用戶信息信道上的信息。在前向鏈路上，把相同的導(dǎo)頻信道用作許多移動(dòng)用戶站的參考。結(jié)果，可以使導(dǎo)頻信道的功率比一個(gè)單獨(dú)的用戶信息信道的功率大幾倍，而對(duì)基站發(fā)射的總功率仍舊只有小的影響。這種功率因素，加上所有信號(hào)都有相同起始點(diǎn)和相同的定時(shí)源的事實(shí)，使得易于在這種前向傳輸鏈路上使用正交碼。所有的移動(dòng)用戶接收相同的復(fù)合CDMA前向傳輸信號(hào)，和使用相同的導(dǎo)頻信道，以從復(fù)合CDMA信號(hào)中提取它們的分配的用戶信息信道。
導(dǎo)出和檢測(cè)正交碼的復(fù)雜性導(dǎo)致實(shí)際正交碼相對(duì)的短，即，對(duì)于IS-95系統(tǒng)是64碼片，一些其它建議為128碼片。這些短碼限制了可用檢波前處理增益。由于這些碼是連續(xù)重復(fù)的，所得的頻譜結(jié)構(gòu)是由少數(shù)具有大的行間距的行構(gòu)成的；這不是希望得到的強(qiáng)類噪聲碼。因此，如同在IS-95的情況下，把一個(gè)更長(zhǎng)、更強(qiáng)的類噪聲碼疊加在正交碼之上。如果導(dǎo)頻信道碼也是正交碼之一，那么它不會(huì)把噪聲提供到信息信道中。在IS-95的情況中，導(dǎo)頻是沃爾什(Walsh)碼0，這意味著它只是疊加的類噪聲碼，因?yàn)槲譅柺?碼全是零。為了達(dá)到充分刪除伴隨的正交碼，必須將碼與所有恰在同時(shí)發(fā)生的零點(diǎn)交叉完全對(duì)準(zhǔn)。任何的誤對(duì)準(zhǔn)都會(huì)產(chǎn)生將對(duì)希望的信號(hào)造成干擾的不匹配的低頻干擾。在前向鏈路上，把多個(gè)發(fā)射到所有移動(dòng)站的信號(hào)相加在一起，形成一個(gè)復(fù)合CDMA信號(hào)。結(jié)果，信號(hào)相互間完全對(duì)準(zhǔn)，并且由于所有的信號(hào)通過(guò)相同的路徑，因而它們將保持對(duì)準(zhǔn)。因此，正交碼是可實(shí)際應(yīng)用的，并且可以直接實(shí)現(xiàn)。唯一的缺點(diǎn)是受限的處理增益，和有限的可用碼數(shù)量。
由于不同的碼是從不同移動(dòng)站始發(fā)的，而這些移動(dòng)站作為與所有信號(hào)必須完全對(duì)準(zhǔn)地到達(dá)的基站的距離的函數(shù)而隨機(jī)分布，所以在反向鏈路上應(yīng)用正交碼更為困難。這表明，為了使所有信號(hào)同步地到達(dá)基站，每個(gè)移動(dòng)站必須在不同的時(shí)間開(kāi)始它的參考點(diǎn)，以補(bǔ)償路徑長(zhǎng)度上的變化。一直認(rèn)為這太困難，而不能在當(dāng)前系統(tǒng)中實(shí)際應(yīng)用。第5,404,376號(hào)美國(guó)專利提出了這樣的建議，使基站建立和播送移動(dòng)站接收的C/I與根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)不斷更新的距離之間的關(guān)系。根據(jù)這種關(guān)系，移動(dòng)站估算將使PN碼與其它移動(dòng)站的發(fā)送幾乎同步到達(dá)基站的PN碼相位。這種方法存在著許多問(wèn)題。特別是，難于保持C/I與離開(kāi)基站距離之間的一致的關(guān)系。既使在最好的情況下，這種關(guān)系將取決于傳播路徑的方向。第5,404,376號(hào)美國(guó)專利提出了一些復(fù)雜的技術(shù)，通過(guò)這些技術(shù)加入校正因數(shù)以適應(yīng)方向或移動(dòng)站所在的扇區(qū)。最好的結(jié)果也只是一種估算，并且仍然有大量的必須尋求的不確定性。本發(fā)明通過(guò)用一種唯一的、簡(jiǎn)單且直接的方式確定移動(dòng)站與基站的距離而克服了這些困難。
根據(jù)本發(fā)明，在這里作為具體和廣泛的說(shuō)明，提供了一種用于通過(guò)雙工無(wú)線信道通信的擴(kuò)展頻譜碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)和方法，其包括至少一個(gè)基站和多個(gè)移動(dòng)終端。在基站和移動(dòng)終端之間傳遞消息數(shù)據(jù)。消息數(shù)據(jù)包括，但不限于，數(shù)字話音，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，傳真數(shù)據(jù)，視頻數(shù)據(jù)，等等?；就ㄟ^(guò)前向信道向多個(gè)移動(dòng)終端傳送基站消息數(shù)據(jù)。移動(dòng)終端通過(guò)反向鏈路向基站傳送遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)。在這里定義基站消息數(shù)據(jù)為從基站始發(fā)的消息數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)在這里定義為從移動(dòng)終端始發(fā)的消息數(shù)據(jù)。
用偽噪聲碼擴(kuò)展頻譜處理遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)以產(chǎn)生擴(kuò)展頻譜處理的遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)。擴(kuò)展頻譜處理的遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)與一個(gè)遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)組合以產(chǎn)生遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)。遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)包含遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。
遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)在雙工無(wú)線信道的反向信道上從移動(dòng)終端發(fā)射到基站?；窘邮者h(yuǎn)端CDMA信號(hào)，并把該遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)分離為導(dǎo)頻信道和數(shù)據(jù)信道?；井a(chǎn)生一個(gè)基站導(dǎo)頻信號(hào)和一個(gè)基站導(dǎo)頻參考信號(hào)。分離并延遲基站導(dǎo)頻參考信號(hào)，以產(chǎn)生一個(gè)基站導(dǎo)頻參考信號(hào)的準(zhǔn)時(shí)信號(hào)，一個(gè)基站導(dǎo)頻參考信號(hào)的超前信號(hào)，和一個(gè)基站導(dǎo)頻參考信號(hào)的滯后信號(hào)。利用基站導(dǎo)頻參考信號(hào)的準(zhǔn)時(shí)信號(hào)，超前信號(hào)和滯后信號(hào)分別相關(guān)出遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)的準(zhǔn)時(shí)、超前和滯后信號(hào)。基站還產(chǎn)生基站數(shù)據(jù)參考信號(hào)，并利用基站數(shù)據(jù)參考信號(hào)相關(guān)出數(shù)據(jù)信號(hào)。
跟蹤遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)的相位，并且響應(yīng)遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)中的峰值，輸出一個(gè)表明遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)與基站導(dǎo)頻參考信號(hào)同步的捕獲信號(hào)。響應(yīng)捕獲信號(hào)，測(cè)量基站導(dǎo)頻信號(hào)與基站導(dǎo)頻參考信號(hào)之間的代碼相位差，以確定移動(dòng)終端和基站之間的距離。在前向信道上把距離發(fā)送到移動(dòng)終端，移動(dòng)終端響應(yīng)該距離調(diào)節(jié)偽噪聲碼的相位，以調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)信號(hào)到達(dá)基站的時(shí)間，和獲得與其它到達(dá)基站的移動(dòng)終端數(shù)據(jù)信號(hào)的正交性。
基站可以用四種控制模式中的一種在雙工信道的反向鏈路上接收來(lái)自移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)。在第一種模式中，移動(dòng)終端在反向鏈路上發(fā)送與基站導(dǎo)頻不同步的獨(dú)立的用戶導(dǎo)頻，并且把用戶數(shù)據(jù)信道同步于這個(gè)獨(dú)立的用戶導(dǎo)頻。在第二種模式中，移動(dòng)終端使它的用戶導(dǎo)頻從屬于它從基站接收的導(dǎo)頻，并且把用戶數(shù)據(jù)信道與這個(gè)從屬用戶導(dǎo)頻同步。為了地理定位和迅速重新捕獲的目的，第二種模式允許用戶終端接收往返行程時(shí)延信息。在第三種模式中，如同模式二的情況，移動(dòng)終端使它的導(dǎo)頻從屬于輸入的基站導(dǎo)頻，但是用戶數(shù)據(jù)信道利用從基站接收的測(cè)距信息以正交模式操作。校準(zhǔn)用戶導(dǎo)頻信道和用戶數(shù)據(jù)信道之間的相位關(guān)系。用戶導(dǎo)頻載波也是用戶數(shù)據(jù)信道的載波，并且可以用作檢測(cè)用戶數(shù)據(jù)信道的載波參考。在第四種模式中，使用模式三的從屬導(dǎo)頻的方式捕獲，但是，在捕獲之后，移動(dòng)用戶導(dǎo)頻碼的相位，以便與用戶數(shù)據(jù)信道同步，因而也使它成為一個(gè)正交信道。在這種模式中，在蜂窩內(nèi)導(dǎo)頻不再對(duì)用戶數(shù)據(jù)信道造成干擾，并且可以用更高的功率電平發(fā)射。
以下的說(shuō)明中部分指出了本發(fā)明的附加目的和優(yōu)點(diǎn)，并且可以部分地從說(shuō)明中了解，或可以通過(guò)實(shí)踐本發(fā)明而了解。


與說(shuō)明書(shū)結(jié)合并構(gòu)成其一部分的附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并且與說(shuō)明書(shū)一同用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。
圖1是用于同步恢復(fù)消息數(shù)據(jù)的現(xiàn)有技術(shù)方案；圖2示出了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的具有一個(gè)位同步器、同步于一個(gè)通用碼片碼發(fā)生器的同步擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)；圖3A示出了用于多個(gè)消息數(shù)據(jù)的同步擴(kuò)展頻譜發(fā)射機(jī)系統(tǒng)；圖3B示出了一個(gè)利用一同步檢波器接收多個(gè)擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)的擴(kuò)展頻譜接收機(jī)；圖3C示出了一個(gè)利用一非同步檢波器接收多個(gè)擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)的擴(kuò)展頻譜接收機(jī)；圖4示出了一種同步擴(kuò)展頻譜解調(diào)方法；圖5是一個(gè)用于與遠(yuǎn)端單元同步通信并地理定位該遠(yuǎn)端單元的基站的方框圖；圖6是一個(gè)用于與基站通信和地理定位的遠(yuǎn)端單元的方框圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的正交碼同步系統(tǒng)和方法的移動(dòng)終端的方框圖；和圖8是正交碼同步系統(tǒng)和方法的基站的方框圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，實(shí)例顯示在附圖中，其中在數(shù)個(gè)示圖中相同的參考號(hào)表示相同的元件。
本發(fā)明的擴(kuò)展頻譜通信和正交碼同步系統(tǒng)和方法是具有07/626,109的序列號(hào)和1990年12月14日申請(qǐng)日，現(xiàn)在公開(kāi)的美國(guó)專利號(hào)5,228,056，由DonaldL.Schilling申請(qǐng)的題目為“同步擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)和方法”的美國(guó)專利申請(qǐng)所披露的發(fā)明的繼續(xù)。為了完整地公開(kāi)，下面的討論包括出現(xiàn)在原始專利申請(qǐng)中的公開(kāi)部分，并且隨后進(jìn)入根據(jù)本發(fā)明的正交碼同步化的討論。
本發(fā)明的擴(kuò)展頻譜信號(hào)被設(shè)計(jì)成對(duì)于其它用戶是“透明的”，也就是說(shuō)，擴(kuò)展頻譜信號(hào)被設(shè)計(jì)為對(duì)于其它現(xiàn)存用戶的通信只有可忽略的干擾。擴(kuò)展頻譜信號(hào)的存在很難確定。這種特性被稱為低截獲可能性(LPI)和低檢測(cè)可能性(LPD)。擴(kuò)展頻譜的LPI和LPD特性允許在一擴(kuò)展頻譜CDMA通信系統(tǒng)的用戶之間的傳輸，而移動(dòng)蜂窩系統(tǒng)的現(xiàn)存用戶不會(huì)感受到顯著的干擾。本發(fā)明在移動(dòng)蜂窩系統(tǒng)中或固定服務(wù)微波系統(tǒng)中關(guān)于預(yù)定信道利用了LPI和LPD。通過(guò)使每個(gè)擴(kuò)展頻譜信號(hào)的功率電平低于預(yù)定的電平，那么來(lái)自一蜂窩內(nèi)的使用的所有擴(kuò)展頻譜的總功率不會(huì)干擾移動(dòng)蜂窩系統(tǒng)中的移動(dòng)用戶，或固定服務(wù)微波系統(tǒng)中的微波用戶。
擴(kuò)展頻譜也是抗“阻塞”或干擾的。擴(kuò)展頻譜接收機(jī)擴(kuò)展干擾信號(hào)的頻譜。這減小了來(lái)自干擾信號(hào)的干擾，因而使得它不會(huì)顯著地降低擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)的性能。這種干擾減小的特性使得擴(kuò)展頻譜對(duì)于商業(yè)通信是有用的，即，可以把擴(kuò)展頻譜波形疊加在現(xiàn)存窄帶信號(hào)之上。
本發(fā)明使用了利用調(diào)相技術(shù)的直接序列擴(kuò)展頻譜。直接序列擴(kuò)展頻譜取得要發(fā)射的功率，并把它擴(kuò)展到很寬的帶寬上，因而使得每單位帶寬的功率(瓦/赫茲)最小。當(dāng)完成了這種處理時(shí)，被移動(dòng)蜂窩用戶或微波用戶接收的具有相對(duì)窄的帶寬的發(fā)射擴(kuò)展頻譜功率僅是實(shí)際發(fā)射功率的一小部分。
在固定服務(wù)微波系統(tǒng)中，例如，如果把一個(gè)具有10毫瓦的擴(kuò)展頻譜信號(hào)在10MHz的固定服務(wù)微波帶寬上擴(kuò)展，并且微波用戶使用具有僅為2MHz信道帶寬的通信系統(tǒng)，那么在窄帶通信系統(tǒng)中，由一個(gè)擴(kuò)展頻譜信號(hào)引起的有效干擾功率被減小到原來(lái)的10MHz/2MHz分之一。對(duì)于五十個(gè)擴(kuò)展頻譜的同時(shí)用戶，由擴(kuò)展頻譜引起的干擾信號(hào)的功率增大五十倍。
導(dǎo)致干擾減小的擴(kuò)展頻譜的特性在于擴(kuò)展頻譜接收機(jī)實(shí)際上是把接收的任何干擾的能量擴(kuò)展到同樣寬的帶寬上，在本例中是10MHz，而把希望的接收信號(hào)的帶寬壓縮到它的起始帶寬。例如，如果希望的消息數(shù)據(jù)的起始帶寬僅是30kHz，那么在基站產(chǎn)生的干擾信號(hào)的功率被減小到原來(lái)的10MHz/30kHz分之一。
直接序列擴(kuò)展頻譜通過(guò)利用一個(gè)相對(duì)于數(shù)據(jù)帶寬的強(qiáng)寬帶信號(hào)調(diào)制原始信號(hào)完成了頻譜的擴(kuò)展。選擇這個(gè)寬帶信號(hào)使其具有兩個(gè)可能的幅度，+1和-1，并且這兩個(gè)幅度以一種“偽隨機(jī)”方式周期性地切換。因此，在每個(gè)等間距的時(shí)間間隔，作出寬帶調(diào)制信號(hào)應(yīng)當(dāng)是+1還是-1的判定。如果用拋硬幣的方式作出這種判定，那么得到的序列會(huì)是真正隨機(jī)的。但是，在這樣的情況下，接收機(jī)將不能先驗(yàn)地知道該序列，和不能適當(dāng)?shù)亟邮瞻l(fā)射信號(hào)。作為替代，碼片碼(chip-code)發(fā)生器電子地產(chǎn)生一個(gè)近似隨機(jī)序列，稱為偽隨機(jī)序列，其對(duì)于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都是先驗(yàn)知道的。
碼分多址碼分多址(CDMA)是一種直接序列擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)，其中多個(gè)，至少兩個(gè)，擴(kuò)展頻譜信號(hào)同時(shí)通信，每個(gè)都在相同的頻帶上操作。在CDMA系統(tǒng)中，給每個(gè)用戶一個(gè)特殊的碼片碼。這個(gè)碼片碼標(biāo)識(shí)該用戶。例如，如果第一用戶具有一個(gè)第一碼片碼g1(t)，第二用戶具有一個(gè)第二碼片碼g2(t)，等等，那么一個(gè)希望聽(tīng)取第一用戶的接收機(jī)在它的天線上接收所有用戶發(fā)送的全部能量。但是，在去擴(kuò)展第一用戶的信號(hào)之后，該接收機(jī)輸出第一用戶的全部能量，而僅輸出第二、第三、等等，用戶發(fā)送的能量的一小部分。
CDMA是受干擾限制的。即，可以使用相同頻譜并且仍然有可接受的性能的用戶的數(shù)量是由作為一個(gè)整體的所有用戶在接收機(jī)中產(chǎn)生的總干擾功率確定的。除非非常地注意功率控制，否則那些靠近接收機(jī)的CDMA發(fā)射機(jī)將造成壓倒性的干擾。這種效應(yīng)被稱為“近-遠(yuǎn)”(near-far)問(wèn)題。在一個(gè)移動(dòng)環(huán)境中，近-遠(yuǎn)問(wèn)題可能是主要的效應(yīng)?？梢钥刂泼總€(gè)單獨(dú)的移動(dòng)遠(yuǎn)端用戶的功率，使得從每個(gè)移動(dòng)遠(yuǎn)端用戶接收的功率相同。這種技術(shù)叫作“自適應(yīng)功率控制”。見(jiàn)1992年3月3日公開(kāi)的，由DonaldL.Schilling申請(qǐng)的，題目為“用于擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)和方法的自適應(yīng)功率控制”的第5,093,840號(hào)美國(guó)專利，該專利結(jié)合于此作為參考。
本發(fā)明的擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)是一種碼分多址(CDMA)系統(tǒng)。擴(kuò)展頻譜CDMA可以顯著地提高頻譜的利用。利用CDMA，在一個(gè)蜂窩中的每個(gè)用戶使用相同的頻帶。但是，每個(gè)CDMA信號(hào)具有一個(gè)使接收機(jī)能夠從余留信號(hào)中區(qū)分出希望的信號(hào)的單獨(dú)偽隨機(jī)碼。相鄰蜂窩中的遠(yuǎn)端用戶使用相同的頻帶和相同的帶寬，因而相互“干擾”。在PCN基站接收的用戶信號(hào)數(shù)量增多時(shí)，接收的信號(hào)可能表現(xiàn)出更大一些的噪聲。
每個(gè)不需要的用戶信號(hào)產(chǎn)生一定的干擾功率，該干擾功率的幅度取決于處理增益。假設(shè)遠(yuǎn)端用戶均勻地分布在所有的相鄰蜂窩中，與一個(gè)特定蜂窩內(nèi)的遠(yuǎn)端用戶相比，相鄰蜂窩中的遠(yuǎn)端用戶使預(yù)期的干擾能量提高了大約50％。因?yàn)楦蓴_增大因數(shù)不嚴(yán)重，所以不采用頻率復(fù)用。
每個(gè)擴(kuò)展頻譜蜂窩可以使用全部10MHz頻帶來(lái)發(fā)射，和全部10MHz頻帶來(lái)接收。因此，使用每秒五百萬(wàn)碼片的碼片率和4800bps的編碼數(shù)據(jù)率導(dǎo)致大約每比特1000碼片的處理增益。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，能夠同時(shí)使用一個(gè)頻帶的CDMA遠(yuǎn)端用戶的最大數(shù)量近似地等于處理增益。
正交碼現(xiàn)在認(rèn)為返回鏈路上的導(dǎo)頻是可行的，因?yàn)槿绲?,506,864號(hào)美國(guó)專利和第5,544,156號(hào)美國(guó)專利中披露的，它減小了取得希望的Eb/No所需的C/I。這種改善來(lái)自于使用同步或相干檢測(cè)的能力。如這些專利中所述，導(dǎo)頻或通用碼片碼的使用改善了正交和非正交編碼鏈路的性能。對(duì)于正交信道，由于每個(gè)移動(dòng)終端需要唯一的導(dǎo)頻和信息碼，當(dāng)前用戶的數(shù)量減少兩個(gè)。如果存在有限數(shù)量的代碼，這可能具有嚴(yán)重的影響。第5,506,864號(hào)美國(guó)專利使用來(lái)自移動(dòng)終端的導(dǎo)頻，測(cè)量使用非正交碼的基站和移動(dòng)終端之間的距離。本發(fā)明把該專利擴(kuò)充到包括正交碼，和利用至移動(dòng)終端的距離的信息調(diào)節(jié)信息信道的相位，使它與到達(dá)基站的其它移動(dòng)信號(hào)對(duì)準(zhǔn)。移動(dòng)終端接收來(lái)自基站的導(dǎo)頻或通用碼片碼信號(hào)，并利用基站導(dǎo)頻信號(hào)的定時(shí)和相位來(lái)始發(fā)它發(fā)送到基站的遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)。也就是說(shuō)，返回的導(dǎo)頻沒(méi)有延遲地通過(guò)移動(dòng)終端；返回的導(dǎo)頻就好像是從移動(dòng)終端的雷達(dá)反射。由于有許多將要返回基站的遠(yuǎn)端導(dǎo)頻，當(dāng)然它在信號(hào)強(qiáng)度上更強(qiáng)，它是一個(gè)與基站導(dǎo)頻偽噪聲碼不同的但類似的偽噪聲碼。
基站接收來(lái)自所有當(dāng)前移動(dòng)終端的導(dǎo)頻信號(hào)并在可能降低到0.1碼片時(shí)測(cè)量返回偽噪聲序列與向每個(gè)遠(yuǎn)端移動(dòng)站的發(fā)射的偽噪聲序列之間的相位差。所測(cè)量的是往返行程時(shí)延；實(shí)際的距離是以碼片測(cè)量的數(shù)的一半，精確到0.1碼片。這個(gè)信息被發(fā)射到移動(dòng)用戶，并且如果移動(dòng)用戶正在返回鏈路上以正交模式操作，移動(dòng)用戶利用這個(gè)信息調(diào)節(jié)遠(yuǎn)端消息上的PN碼的相位，以便如基站建立的那樣在預(yù)定的時(shí)間到達(dá)基站。因此，遠(yuǎn)端導(dǎo)頻和遠(yuǎn)端用戶消息信道的PN碼在不同的相位，但它們都具有相同的載波信號(hào)，并且導(dǎo)頻載波可以用來(lái)產(chǎn)生在用戶消息信道中相干檢測(cè)所用的參考。
數(shù)據(jù)抽樣點(diǎn)通常依賴于PN序列的重復(fù)率，并且要在相位上進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便與用戶消息信道上的數(shù)據(jù)定時(shí)一致。因此，可以顯著地減小由正在與一個(gè)共用基站通信的用戶消息信道造成的相互干擾。
來(lái)自相鄰蜂窩中的移動(dòng)用戶的干擾不是正交的，并且表現(xiàn)為非正交干擾。大多數(shù)正交碼CDMA系統(tǒng)利用扇形天線獲得代碼復(fù)用，和降低干擾。因此，在跨越扇區(qū)表面的蜂窩的邊緣，每個(gè)蜂窩中的移動(dòng)用戶以最大功率發(fā)射，并且引起以最大能量的對(duì)兩個(gè)蜂窩的輻射。但是，當(dāng)相鄰蜂窩中的移動(dòng)用戶向它們的基站移動(dòng)時(shí)，它們減小它們的功率，以使其保持與它們?cè)诜涓C邊緣時(shí)相同。假設(shè)四分之一功率衰減曲線，它們以四分之一功率對(duì)距離比的速率降低它們的功率，并且由于它們也正在離開(kāi)與之發(fā)生干擾的基站，它們減小的發(fā)射功率電平(減小為四分之一功率)行進(jìn)了一段也以四分之一功率因數(shù)減小的距離。這使四分之一功率因數(shù)的效果加倍，這表明來(lái)自移動(dòng)用戶的相鄰蜂窩的干擾比如果不使用功率控制的干擾要小得多。因此，在原始基站摻入的外部干擾，即來(lái)自正在與其它基站操作的移動(dòng)用戶的干擾比來(lái)自其它正在與原始基站操作的移動(dòng)用戶在蜂窩內(nèi)造成的干擾低至少6db。因此，能夠把用戶的數(shù)量增加到四倍。如上所述，每個(gè)當(dāng)前移動(dòng)用戶發(fā)射一個(gè)導(dǎo)頻信道和一個(gè)信息或消息信道。調(diào)節(jié)信息信道，使它們?cè)诘竭_(dá)基站時(shí)是正交的。但是導(dǎo)頻信道不是正交的，但是在信息信道起作用之后，導(dǎo)頻信道功率減小了6db。因此，既使有外部干擾和導(dǎo)頻信道，本發(fā)明的結(jié)果使容量加倍。
通過(guò)在捕獲之后移動(dòng)遠(yuǎn)端導(dǎo)頻的相位使其與用戶信息信道重合可以得到另一種改善。當(dāng)完成這個(gè)處理時(shí)，遠(yuǎn)端導(dǎo)頻也成為正交的，并且僅有的干擾是從相鄰蜂窩中的用戶輻射到原始蜂窩中的外部干擾。如上所述，這種干擾降低至少6db，導(dǎo)致了容量增大四倍。由于差錯(cuò)是在基站中產(chǎn)生的并且由這個(gè)差錯(cuò)電壓控制的振蕩器在移動(dòng)站中，在反向鏈路上的代碼跟蹤變得更為困難。因此，必須使用前向鏈路把這個(gè)差錯(cuò)電壓發(fā)射到移動(dòng)站。一般來(lái)說(shuō)距離改變相對(duì)較慢，并且這種移動(dòng)碼時(shí)鐘的遠(yuǎn)端控制不成問(wèn)題。當(dāng)發(fā)生足以引起快速嚴(yán)重誤對(duì)準(zhǔn)的突然波動(dòng)時(shí)，移動(dòng)站把遠(yuǎn)端導(dǎo)頻碼碼移回到捕獲模式。一旦重新捕獲和完成了把信息信道帶回到適當(dāng)?shù)膶?duì)準(zhǔn)的必要調(diào)節(jié)后，移動(dòng)站切換回到正交跟蹤模式。因此，非正交遠(yuǎn)端導(dǎo)頻僅在時(shí)間的一小部分上，在容量上產(chǎn)生的影響很小。如果代碼集中有足夠的正交碼以實(shí)際利用這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那么容量應(yīng)當(dāng)仍然接近于非正交碼系統(tǒng)的四倍。
同步擴(kuò)展頻譜通信如圖2中示出的，提供了一種在通信信道110上使用的擴(kuò)展頻譜碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)，其包括通用裝置，消息裝置，擴(kuò)展裝置，加法器裝置，發(fā)射裝置，通用擴(kuò)展頻譜處理裝置，消息擴(kuò)展頻譜處理裝置，捕獲和跟蹤裝置，檢測(cè)裝置，和同步裝置。通用裝置和消息裝置具體體現(xiàn)為發(fā)射機(jī)通用碼片碼發(fā)生器101和發(fā)射機(jī)消息碼片碼發(fā)生器102。擴(kuò)展裝置示為“異”器件103，可以是一個(gè)“異”門。加法器裝置是一個(gè)組合器105，發(fā)射裝置包括一個(gè)體現(xiàn)為耦合于調(diào)制器107的信號(hào)源108的發(fā)射機(jī)。發(fā)射機(jī)消息碼片碼發(fā)生器102耦合于“異”器件103。示出的發(fā)射機(jī)通用碼片碼發(fā)生器101耦合于發(fā)射機(jī)消息碼片碼發(fā)生器102和消息數(shù)據(jù)源?！爱悺逼骷?03和發(fā)射機(jī)通用碼片碼發(fā)生器101耦合于組合器105。調(diào)制器107耦合在組合器105和通信信道110之間。
在接收機(jī)，通用擴(kuò)展頻譜處理裝置具體體現(xiàn)為接收機(jī)通用碼片碼發(fā)生器121，通用混頻器123，和通用帶通濾波器125。通用混頻器123耦合在接收機(jī)通用碼片碼發(fā)生器121和通用帶通濾波器125之間。消息擴(kuò)展頻譜處理裝置具體體現(xiàn)為一個(gè)接收機(jī)消息碼片碼發(fā)生器122，一個(gè)消息混頻器124，和一個(gè)消息帶通濾波器126。消息混頻器124耦合在接收機(jī)消息碼片碼發(fā)生器122和消息帶通濾波器126之間。功率分配器115耦合在通信信道110和通用混頻器123及消息混頻器124之間。
捕獲和跟蹤裝置具體體現(xiàn)為一個(gè)捕獲和跟蹤電路131。捕獲和跟蹤電路131耦合到通用帶通濾波器125的一個(gè)輸出端，并耦合到接收機(jī)通用碼片碼發(fā)生器121。接收機(jī)消息碼片碼發(fā)生器122最好是耦合到接收機(jī)通用碼片碼發(fā)生器121。
檢測(cè)裝置具體體現(xiàn)為一個(gè)檢波器139。檢波器139耦合于消息帶通濾波器126和通用帶通濾波器125。檢波器139可以是一個(gè)非同步檢波器，例如包絡(luò)檢波器，或平方律檢波器。作為選擇，檢波器139可以是一個(gè)同步檢波器，它利用來(lái)自通用帶通濾波器125的已恢復(fù)載波信號(hào)。
同步裝置包括位裝置，低通濾波器128，和電子開(kāi)關(guān)130。位裝置具體體現(xiàn)為一個(gè)位同步器129。低通濾波器128和電子開(kāi)關(guān)130耦合于位同步器129。如圖2中所示，位同步器129最好耦合到接收機(jī)通用碼片碼發(fā)生器121。作為選擇，可以把位同步器129耦合到檢波器139的一個(gè)輸出端。
發(fā)射機(jī)通用碼片碼發(fā)生器101產(chǎn)生通用碼片碼信號(hào)g0(t)，發(fā)射機(jī)消息碼片碼發(fā)生器102產(chǎn)生消息碼片碼信號(hào)g1(t)。在圖2中，由通用碼片碼信號(hào)提供消息數(shù)據(jù)d1(t)，和消息碼片碼信號(hào)的同步定時(shí)，盡管也可以使用其它源，例如，用于同步化的共用時(shí)鐘信號(hào)?！爱悺逼骷?03通過(guò)以消息碼片碼信號(hào)擴(kuò)展頻譜處理消息數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生擴(kuò)展頻譜信號(hào)。擴(kuò)展頻譜處理可以通過(guò)把消息數(shù)據(jù)與消息碼片碼信號(hào)的模2相加完成。組合器105將通用碼片碼信號(hào)與擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)組合。組合的通用碼片碼信號(hào)和擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)可以是一個(gè)具有通用碼片碼信號(hào)和擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)的瞬時(shí)電壓電平的多電平信號(hào)。
作為發(fā)射機(jī)部件的調(diào)制器107利用在載頻f0的載波信號(hào)cosω0t調(diào)制組合的通用碼片碼信號(hào)和擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)。把已調(diào)制的通用碼片碼信號(hào)和擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)在通信信道110上作為碼分多址(CDMA)信號(hào)xc(t)發(fā)射。因而，CDMA信號(hào)包括通用碼片碼信號(hào)和擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)，仿佛它們每一個(gè)在具有相同載頻f0的單獨(dú)的載波信號(hào)上被單獨(dú)和同步地調(diào)制，并通過(guò)通信信道發(fā)射。
在一個(gè)接收機(jī)，通用擴(kuò)展頻譜處理裝置從CDMA信號(hào)xc(t)恢復(fù)載波信號(hào)cosω0t，并且消息擴(kuò)展頻譜處理裝置去擴(kuò)展CDMA信號(hào)xc(t)，成為已調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)d1(t)。更具體地講，參考圖2，功率分配器115分離從通信信道110接收的CDMA信號(hào)。接收機(jī)通用碼片碼發(fā)生器121產(chǎn)生一個(gè)通用碼片碼信號(hào)g0(t)的復(fù)制信號(hào)。通用混頻器123利用通用碼片碼信號(hào)的復(fù)制信號(hào)去擴(kuò)展來(lái)自功率分配器115的CDMA信號(hào)xc(t)，成為已恢復(fù)載波信號(hào)。具有通用碼片碼信號(hào)g0(t)cosω0t的CDMA信號(hào)的擴(kuò)展頻譜信道一般不包括數(shù)據(jù)，因而去擴(kuò)展CDMA信號(hào)僅產(chǎn)生載波信號(hào)。通用帶通濾波器125在載頻，或等價(jià)地在中頻過(guò)濾已恢復(fù)載波信號(hào)。與具有為已調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)濾波的足夠?qū)挼膸挼南V波器126相比，通用帶通濾波器125可以具有為已恢復(fù)載波信號(hào)濾波的非常窄的帶寬。通用帶通濾波器125的非常窄的帶寬有助于從噪聲中提取已恢復(fù)載波信號(hào)。
捕獲和跟蹤電路131從通用帶通濾波器125的輸出中捕獲和跟蹤已恢復(fù)載波信號(hào)。經(jīng)過(guò)捕獲和跟蹤電路131使來(lái)自接收機(jī)通用碼片碼發(fā)生器121的通用碼片碼信號(hào)的復(fù)制信號(hào)與已恢復(fù)載波信號(hào)同步。
接收機(jī)消息碼片碼發(fā)生器122產(chǎn)生一個(gè)消息碼片碼信號(hào)g1(t)的復(fù)制信號(hào)。將消息碼片碼信號(hào)g1(t)的復(fù)制信號(hào)與來(lái)自接收機(jī)通用碼片碼發(fā)生器121的通用碼片碼信號(hào)g0(t)的復(fù)制信號(hào)同步。因此，經(jīng)過(guò)同步化于接收機(jī)通用碼片碼發(fā)生器121的接收機(jī)消息碼片碼發(fā)生器122具有與經(jīng)過(guò)同步化于發(fā)射機(jī)通用碼片碼發(fā)生器101的發(fā)射機(jī)消息碼片碼發(fā)生器102相同的同步。因此，具有通用碼片碼信號(hào)的擴(kuò)展頻譜通信信道提供了帶有數(shù)據(jù)的擴(kuò)展頻譜信道的相干擴(kuò)展頻譜解調(diào)。
消息混頻器124利用消息碼片碼信號(hào)的復(fù)制信號(hào)為來(lái)自功率分配器115的CDMA信號(hào)去擴(kuò)展，以產(chǎn)生調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)d1(t)cosω0t。調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)際上是用載波信號(hào)調(diào)制的消息數(shù)據(jù)。消息帶通濾波器126在載頻，或等價(jià)地，在中頻(IF)為調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)濾波?？梢赃x擇使用把調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)變換為IF的下變換器，而不會(huì)改變本發(fā)明的協(xié)作功能或教導(dǎo)。
檢波器139把已調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)解調(diào)為已檢波信號(hào)。將已檢波信號(hào)通過(guò)低通濾波器128濾波，用電子開(kāi)關(guān)130抽樣，并作為接收數(shù)據(jù)d1(t)輸出。沒(méi)有差錯(cuò)的接收數(shù)據(jù)與消息數(shù)據(jù)相同。在位同步器129的控制下，低通濾波器128和電子開(kāi)關(guān)分別發(fā)揮“積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)”的功能。
位同步器129控制低通濾波器128和電子開(kāi)關(guān)130的積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)。位同步器129最好使用來(lái)自如圖2中所示的接收機(jī)通用碼片碼發(fā)生器121的通用碼片碼信號(hào)的復(fù)制信號(hào)導(dǎo)出同步。位同步器129也可以如圖1中所示從檢波器139的輸出信號(hào)導(dǎo)出同步。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，位同步器129接收來(lái)自接收機(jī)通用碼片碼發(fā)生器121的通用碼片碼信號(hào)g0(t)的復(fù)制信號(hào)。通用碼片碼信號(hào)的復(fù)制信號(hào)，例如，可以包括具有8250個(gè)碼片的碼片碼字。假設(shè)每碼片碼字有11位，那么每數(shù)據(jù)位有750個(gè)碼片。由于通用碼片碼信號(hào)的復(fù)制信號(hào)向位同步器129提供有關(guān)碼片碼字從何處開(kāi)始的信息，因此位同步器129知道用于同步化的對(duì)應(yīng)位的定時(shí)。
本發(fā)明還可以包括作為CDMA信號(hào)發(fā)射用于處理多個(gè)信息數(shù)據(jù)的多個(gè)擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)。在這種情況下，本發(fā)明包括多個(gè)消息裝置和多個(gè)擴(kuò)展裝置。參考圖3A，多個(gè)消息裝置可以具體體現(xiàn)為多個(gè)發(fā)射機(jī)消息碼片碼發(fā)生器，多個(gè)擴(kuò)展裝置可以具體體現(xiàn)為多個(gè)“異”門。多個(gè)發(fā)射機(jī)消息碼片碼發(fā)生器產(chǎn)生多個(gè)消息碼片碼信號(hào)。在圖3A中，多個(gè)發(fā)射機(jī)消息碼片碼發(fā)生器被示出為產(chǎn)生第一消息碼片碼信號(hào)g1(t)的第一發(fā)射機(jī)消息碼片碼發(fā)生器102，產(chǎn)生第二消息碼片碼信號(hào)g2(t)的第二發(fā)射機(jī)消息碼片碼發(fā)生器172，至產(chǎn)生第N消息碼片碼信號(hào)gN(t)的第N發(fā)射機(jī)消息碼片碼發(fā)射器182。多個(gè)“異”門被示出為第一“異”門103，第二“異”門173，至第N“異”門183。多個(gè)“異”門通過(guò)把多個(gè)消息數(shù)據(jù)d1(t)，d2(t)，…，dN(t)分別與多個(gè)消息碼片碼信號(hào)g1(t)，g2(t)，…，gN(t)模2相加產(chǎn)生多個(gè)擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)。更具體地講，第一消息數(shù)據(jù)d1(t)與第一消息碼片碼信號(hào)g1(t)模2相加，第二消息數(shù)據(jù)d2(t)與第二消息碼片碼信號(hào)g2(t)模2相加，至第N消息數(shù)據(jù)dN(t)與第N消息碼片碼信號(hào)gN(t)模2相加。
發(fā)射機(jī)通用碼片碼發(fā)生器101耦合于多個(gè)發(fā)射機(jī)消息碼片碼發(fā)生器和用于多個(gè)消息數(shù)據(jù)d1(t)，d2(t)，…，dN(t)的源。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通用碼片碼信號(hào)g0(t)為多個(gè)消息碼片碼信號(hào)g1(t)，g2(t)，…，gN(t)，和多個(gè)消息數(shù)據(jù)d1(t)，d2(t)，…，dN(t)提供同步定時(shí)。
組合器105通過(guò)通用碼片碼信號(hào)與多個(gè)擴(kuò)展處理的信號(hào)的線性相加組合通用碼片碼信號(hào)和多個(gè)擴(kuò)展處理的信號(hào)。組合的信號(hào)一般是多電平信號(hào)，它具有通用碼片碼信號(hào)和多個(gè)擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)的瞬時(shí)電壓電平。
作為發(fā)射機(jī)部件的調(diào)制器107用在載頻f0的載波信號(hào)cosω0t調(diào)制組合的通用碼片碼信號(hào)和多個(gè)擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)。把已調(diào)制的通用碼片碼信號(hào)和多個(gè)擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)通過(guò)通信信道110作為CDMA信號(hào)XC(t)發(fā)射。CDMA信號(hào)XC(t)具有形式XC(t)=g0(t)+Σ1N[gi(t)+di(t)]cosω0t]]>因此，CDMA信號(hào)包括通用碼片碼信號(hào)和多個(gè)擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)，仿佛它們每個(gè)單獨(dú)和同步地在具有相同載頻f0的單獨(dú)載波信號(hào)上調(diào)制，并且通過(guò)通信信道發(fā)射。
本發(fā)明包括接收具有多個(gè)擴(kuò)展頻譜處理的CDMA信號(hào)。接收機(jī)還包括多個(gè)消息擴(kuò)展頻譜處理裝置，多個(gè)檢波裝置，和多個(gè)同步裝置。如圖3B中所示，多個(gè)消息擴(kuò)展頻譜處理裝置可以具體體現(xiàn)為多個(gè)消息碼片碼發(fā)生器，多個(gè)消息混頻器，和多個(gè)消息帶通濾波器。一個(gè)混頻器連接在一個(gè)對(duì)應(yīng)的消息碼片碼發(fā)生器和消息帶通濾波器之間。多個(gè)消息混頻器耦合于功率分配器115。更具體地講，多個(gè)消息碼片碼發(fā)生器具體顯示為第一消息碼片碼發(fā)生器122，第二消息碼片碼發(fā)生器172，至第N消息碼片碼發(fā)生器182。多個(gè)消息混頻器具體顯示為第一消息混頻器124，第二消息混頻器174，至第N消息混頻器184。多個(gè)消息帶通濾波器具體顯示為第一消息帶通濾波器126，第二消息帶通濾波器176，至第N消息帶通濾波器186。
多個(gè)檢波裝置可以具體體現(xiàn)為多個(gè)示為第一同步檢波器127，第二同步檢波器177，至第N同步檢波器187的同步檢波器。多個(gè)同步檢波器中的每一個(gè)耦合于多個(gè)消息帶通濾波器中的一個(gè)。
多個(gè)同步裝置可以包括一個(gè)位同步器129，多個(gè)低通濾波器，和多個(gè)電子開(kāi)關(guān)。多個(gè)低通濾波器顯示為第一低通濾波器128，第二低通濾波器178，至第N低通濾波器188。多個(gè)電子開(kāi)關(guān)顯示為第一電子開(kāi)關(guān)130，第二電子開(kāi)關(guān)180，至第N電子開(kāi)關(guān)190。多個(gè)同步檢波器中的每一個(gè)耦合于通用帶通濾波器125的一個(gè)輸出端。來(lái)自通用帶通濾波器125的已恢復(fù)載波信號(hào)用作參考信號(hào)，用于通過(guò)多個(gè)同步檢波器把多個(gè)消息數(shù)據(jù)信號(hào)的每一個(gè)同步解調(diào)為多個(gè)接收數(shù)據(jù)d1(t)，d2(t)，…，dN(t)。
作為選擇，檢波裝置可以具體體現(xiàn)為多個(gè)非同步檢波器，例如，包絡(luò)檢波器139，189，199，如圖3C中所示。非同步檢波器一般不需要已恢復(fù)載波信號(hào)。
位同步器129從通用碼片碼信號(hào)g0(t)的復(fù)制信號(hào)導(dǎo)出定時(shí)，并控制多個(gè)低通濾波器和多個(gè)電子開(kāi)關(guān)的積分及轉(zhuǎn)儲(chǔ)功能的定時(shí)。
利用圖3B中體現(xiàn)的本發(fā)明，如上所述，作為CDMA信號(hào)一部分的通用擴(kuò)展頻譜信道提供已恢復(fù)載波信號(hào)。捕獲和跟蹤電路131捕獲并跟蹤來(lái)自通用帶通濾波器125的一個(gè)輸出端的已恢復(fù)載波信號(hào)。把來(lái)自接收機(jī)通用碼片碼發(fā)生器121的通用碼片碼信號(hào)的復(fù)制信號(hào)同步于經(jīng)過(guò)捕獲和跟蹤電路131的已恢復(fù)載波信號(hào)。接收機(jī)通用碼片碼發(fā)生器121產(chǎn)生通用碼片碼信號(hào)g0(t)的復(fù)制信號(hào)，其提供對(duì)位同步器129和對(duì)多個(gè)接收機(jī)消息碼片碼發(fā)生器122，172，182的定時(shí)。
本發(fā)明也包括一種用于同步解調(diào)CDMA信號(hào)的方法。把消息數(shù)據(jù)輸入到擴(kuò)展裝置。參考圖4，該方法包括產(chǎn)生403通用碼片碼信號(hào)的步驟。該方法還包括產(chǎn)生405同步于通用碼片碼信號(hào)的消息數(shù)據(jù)，和產(chǎn)生407同步于通用碼片碼信號(hào)的消息碼片碼信號(hào)。使用一擴(kuò)展頻譜調(diào)制器以消息、碼片碼信號(hào)處理消息數(shù)據(jù)，產(chǎn)生擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)。將通用碼片碼信號(hào)與擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)組合409。該方法把組合的通用碼片碼信號(hào)和擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)在載波信號(hào)上通過(guò)通信信道作為CDMA信號(hào)發(fā)射。
在接收機(jī)，該方法包括從CDMA信號(hào)恢復(fù)413載波信號(hào)，和把CDMA信號(hào)去擴(kuò)展415為已調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)。把已恢復(fù)載波信號(hào)用于同步去擴(kuò)展CDMA信號(hào)的步驟，和可選擇地用于同步解調(diào)417和輸出419已調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)作為接收的數(shù)據(jù)。
在圖3A中示出的系統(tǒng)的使用中，發(fā)射機(jī)通用碼片碼發(fā)生器101產(chǎn)生通用碼片碼信號(hào)g0(t)。用“異”器件103以來(lái)自發(fā)射機(jī)消息碼片碼發(fā)生器102的消息碼片碼信號(hào)g1(t)擴(kuò)展頻譜處理消息數(shù)據(jù)。組合器105將通用碼片碼信號(hào)與擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)組合。組合的信號(hào)可以是，例如，多電平信號(hào)，它是由通用碼片碼信號(hào)和擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)的電壓電平線性地相加產(chǎn)生的，或是把通用碼片碼信號(hào)與多個(gè)擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)的電壓電平相加產(chǎn)生的。發(fā)射機(jī)在具有載頻f0的載波信號(hào)上發(fā)射組合的通用碼片碼信號(hào)和多個(gè)擴(kuò)展頻譜處理的信號(hào)。CDMA信號(hào)通過(guò)通信信道110發(fā)射。
如圖3B中所示，在接收機(jī)，通用擴(kuò)展頻譜處理裝置具體體現(xiàn)為協(xié)同操作以從CDMA信號(hào)恢復(fù)載波信號(hào)的接收機(jī)通用碼片碼發(fā)生器121，通用混頻器123，和通用帶通濾波器125。消息擴(kuò)展頻譜處理裝置具體體現(xiàn)為協(xié)同把CDMA信號(hào)去擴(kuò)展為已調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)的接收機(jī)消息碼片碼發(fā)生器122，消息混頻器124，和消息帶通濾波器126。最好把接收機(jī)消息碼片碼發(fā)生器122同步于來(lái)自接收機(jī)通用碼片碼發(fā)生器121的通用碼片碼信號(hào)的復(fù)制信號(hào)?？梢允褂枚鄠€(gè)同步于通用碼片碼信號(hào)的復(fù)制信號(hào)的接收機(jī)消息碼片碼發(fā)生器。具體體現(xiàn)為同步于已恢復(fù)載波信號(hào)的同步檢波器127的同步裝置，把已調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)解調(diào)為接收的數(shù)據(jù)。
在位同步器129的控制下，低通濾波器128和電子開(kāi)關(guān)130積分及轉(zhuǎn)儲(chǔ)接收的數(shù)據(jù)。位同步器129最好使用通用碼片碼信號(hào)的復(fù)制信號(hào)來(lái)同步化積分及轉(zhuǎn)儲(chǔ)功能。
擴(kuò)展頻譜地理定位本發(fā)明提供了一種在通信信道上使用的擴(kuò)展頻譜碼分多址(CDMA)通信和地理定位系統(tǒng)和方法，其包括至少一個(gè)基站和多個(gè)遠(yuǎn)端單元。遠(yuǎn)端單元可以是移動(dòng)的或在固定的靜止位置上。消息數(shù)據(jù)在基站和遠(yuǎn)端單元之間傳遞。消息數(shù)據(jù)包括，但不限于，數(shù)字化話音，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，傳真數(shù)據(jù)，視頻數(shù)據(jù)，等等?；鞠蚨鄠€(gè)遠(yuǎn)端單元傳遞基站消息數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)端單元向基站傳遞遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)。在這里基站消息數(shù)據(jù)定義為從基站始發(fā)的消息數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)在這里定義為從遠(yuǎn)端單元始發(fā)的消息數(shù)據(jù)。以下討論的是一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，基站和遠(yuǎn)端單元之間的距離是在基站確定的。基站和遠(yuǎn)端單元的角色可以互換，此時(shí)距離是在遠(yuǎn)端單元確定的，這對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是等價(jià)的。
在圖5中所示的示例配置中，基站包括基站擴(kuò)展裝置，基站通用裝置，基站組合器裝置，基站發(fā)射機(jī)，和基站天線。用作前綴的“基站”一詞表示位于基站的元件，或是從基站始發(fā)的信號(hào)。
基站擴(kuò)展裝置擴(kuò)展頻譜處理基站消息數(shù)據(jù)d1(t)?；緮U(kuò)展裝置具體體現(xiàn)為一個(gè)基站擴(kuò)展頻譜調(diào)制器?；緮U(kuò)展頻譜調(diào)制器被示為一個(gè)消息碼片碼發(fā)生器502和一個(gè)“異”門503?！爱悺遍T503耦合于消息碼片碼發(fā)生器502。消息碼片碼發(fā)生器502使用一個(gè)碼片碼字產(chǎn)生用于擴(kuò)展頻譜處理基站消息數(shù)據(jù)d1(t)的碼片碼序列。通過(guò)“異”門503的模加法運(yùn)算擴(kuò)展頻譜處理來(lái)自消息碼片碼發(fā)生器502的碼片碼序列。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，有許多等價(jià)的電路可以用于基站擴(kuò)展頻譜調(diào)制器，這些電路包括，但不限于，用于把碼片碼序列乘以基站消息數(shù)據(jù)的乘積器件，匹配濾波器和具有匹配于碼片碼序列的脈沖響應(yīng)的表面聲波器件。
基站通用裝置產(chǎn)生基站通用碼片碼信號(hào)。用作前綴的“通用”一詞表示通用碼片碼信號(hào)是一個(gè)未調(diào)制的，或低數(shù)據(jù)率的，直接序列擴(kuò)展頻譜信號(hào)，它可以用作導(dǎo)頻信道。導(dǎo)頻信道使用戶可以獲取定時(shí)，和提供用于相干解調(diào)的相位參考?；就ㄓ醚b置具體體現(xiàn)為一個(gè)基站通用碼片碼發(fā)生器501?；就ㄓ么a片碼發(fā)生器501利用與基站通信的所有遠(yuǎn)端單元共享的碼片碼字產(chǎn)生基站通用碼片碼信號(hào)。消息碼片碼發(fā)生器501耦合于基站通用碼片碼發(fā)生器502，用于導(dǎo)出共用定時(shí)。作為選擇，可以用一個(gè)共用時(shí)鐘為消息碼片碼發(fā)生器502和基站通用碼片碼發(fā)生器501提供定時(shí)信號(hào)。
基站組合器裝置將基站通用碼片碼信號(hào)與擴(kuò)展頻譜處理的基站消息數(shù)據(jù)組合，以產(chǎn)生基站CDMA信號(hào)?；窘M合器裝置具體體現(xiàn)為一個(gè)基站組合器505?；窘M合器505耦合于基站通用碼片碼發(fā)生器501和“異”門503?；窘M合器505把基站通用碼片碼信號(hào)與來(lái)自“異”門503的擴(kuò)展頻譜處理的基站消息數(shù)據(jù)線性地相加。在基站組合器505的輸出端所得的信號(hào)是碼分多址(CDMA)信號(hào)，在這里表示為基站CDMA信號(hào)。也可以使用各種可選的非線性組合，只要所得的基站CDMA信號(hào)能夠使它的信道在擴(kuò)展頻譜接收機(jī)被檢測(cè)到。
基站發(fā)射機(jī)裝置從基站向遠(yuǎn)端單元發(fā)射基站CDMA信號(hào)。基站發(fā)射機(jī)裝置具體體現(xiàn)為信號(hào)源508和乘積器件507。乘積器件507耦合在基站組合器505與信號(hào)源508之間。信號(hào)源508在第一載頻f1產(chǎn)生第一載波信號(hào)。乘積器件507把從基站組合器505輸出的基站CDMA信號(hào)乘以第一載波信號(hào)。在現(xiàn)有技術(shù)中已知可以用其它發(fā)射器件把希望的信號(hào)置于選擇的載頻。
基站天線509通過(guò)一隔離器513耦合于基站發(fā)射機(jī)裝置?；咎炀€509以第一載頻輻射基站CDMA信號(hào)。
如圖6中所示，遠(yuǎn)端單元包括遠(yuǎn)端天線511，遠(yuǎn)端檢波裝置，遠(yuǎn)端擴(kuò)展裝置，遠(yuǎn)端組合器裝置，和遠(yuǎn)端發(fā)射機(jī)裝置。每個(gè)遠(yuǎn)端單元也可以包括遠(yuǎn)端通用裝置。用作前綴的“遠(yuǎn)端”一詞表示位于遠(yuǎn)端單元的元件，或從遠(yuǎn)端單元始發(fā)的信號(hào)。
遠(yuǎn)端天線511接收從基站輻射的基站CDMA信號(hào)。
遠(yuǎn)端檢波裝置耦合于遠(yuǎn)端天線511。遠(yuǎn)端檢波裝置為嵌在基站CDMA信號(hào)中的基站通用碼片碼信號(hào)檢波。使用已檢波的基站通用碼片碼信號(hào)，遠(yuǎn)端檢波裝置恢復(fù)從基站傳播的基站消息數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)端單元可以再發(fā)射已檢波的基站通用碼片碼信號(hào)，或作為選擇，可以使遠(yuǎn)端通用裝置產(chǎn)生一個(gè)不同的遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)。
在圖6中，遠(yuǎn)端檢波裝置具體體現(xiàn)為乘積器件536，帶通濾波器537，捕獲和跟蹤電路538，通用碼片碼發(fā)生器539，消息碼片碼發(fā)生器541，乘積器件542，帶通濾波器543，數(shù)據(jù)檢波器544，低通濾波器545，和位同步器540。如本領(lǐng)域中所熟知的，可以使用其它器件和電路發(fā)揮同樣的功能，包括，但不限于，匹配濾波器，表面聲波器件，等等。這個(gè)電路捕獲并跟蹤嵌在基站CDMA信號(hào)中的基站通用碼片碼信號(hào)。在遠(yuǎn)端天線511接收基站CDMA信號(hào)，并使其通過(guò)隔離器534和功率分配器535。用乘積器件536，帶通濾波器537，捕獲和跟蹤電路538，和通用碼片碼發(fā)生器539為基站通用碼片碼信號(hào)檢波。該電路的功能與前面章節(jié)中所述的相同。利用消息碼片碼發(fā)生器541，乘積器件542，帶通濾波器543，數(shù)據(jù)檢波器544，低通濾波器545，和同步器540把已檢波的基站通用碼片碼信號(hào)用于恢復(fù)嵌在基站CDMA信號(hào)中的基站消息數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)檢波器544可以相干地或非相干地操作。已檢波基站消息數(shù)據(jù)作為已檢波數(shù)據(jù)dR1(t)輸出。
如果要把基站通用碼片碼信號(hào)組合為遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)的一部分，那么不需要通用碼片碼發(fā)生器546，因?yàn)榭捎猛ㄓ么a片碼發(fā)生器539輸出端的基站通用碼片碼信號(hào)。如果使用與基站通用碼片碼信號(hào)不同的遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)，那么可以用通用碼片碼發(fā)生器546來(lái)產(chǎn)生遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)。在后一種情況下，把遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)定時(shí)或同步于已檢波基站通用碼片碼信號(hào)。為了討論的目的，將遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)考慮為從遠(yuǎn)端單元發(fā)送到基站，也應(yīng)當(dāng)知道遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)可以與已檢波基站通用碼片碼信號(hào)相同，或是同一個(gè)。
遠(yuǎn)端擴(kuò)展裝置擴(kuò)展頻譜處理遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)端擴(kuò)展裝置具體體現(xiàn)為一個(gè)遠(yuǎn)端擴(kuò)展頻譜調(diào)制器。遠(yuǎn)端擴(kuò)展頻譜調(diào)制器被示出為一個(gè)消息碼片碼發(fā)生器548和一個(gè)“異”門547?！爱悺遍T547耦合于消息碼片碼發(fā)生器548。消息碼片碼發(fā)生器548利用一碼片碼字來(lái)產(chǎn)生用于擴(kuò)展頻譜處理遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)d2(t)的碼片碼序列?！爱悺遍T547用模加法運(yùn)算對(duì)來(lái)自消息碼片碼發(fā)生器548的碼片碼序列進(jìn)行擴(kuò)展頻譜處理。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，許多等價(jià)的電路可以用作遠(yuǎn)端擴(kuò)展裝置，包括，但不限于，用于把碼片碼序列乘以基站消息數(shù)據(jù)的乘積器件，匹配濾波器和表面聲波器件。
遠(yuǎn)端組合器裝置把遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)和擴(kuò)展頻譜處理的遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)組合為遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)。遠(yuǎn)端組合器裝置具體體現(xiàn)為一個(gè)遠(yuǎn)端組合器549。遠(yuǎn)端組合器549耦合于“異”門547，和遠(yuǎn)端通用碼片碼發(fā)生器546，或作為選擇耦合于通用碼片碼發(fā)生器539。遠(yuǎn)端組合器549把遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)與來(lái)自“異”門547的擴(kuò)展頻譜處理的遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)線性地相加。在遠(yuǎn)端組合器549輸出端產(chǎn)生的信號(hào)是碼分多址(CDMA)信號(hào)，在這里表示為遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)。也可以選擇使用各種其它非線性組合，只要產(chǎn)生的遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)能夠使它的信道在擴(kuò)展頻譜接收機(jī)被檢測(cè)到。
遠(yuǎn)端單元也包括用于從遠(yuǎn)端單元向基站發(fā)射遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)的遠(yuǎn)端發(fā)射機(jī)裝置。遠(yuǎn)端發(fā)射機(jī)裝置具體體現(xiàn)為信號(hào)源551和乘積器件550。乘積器件550耦合在遠(yuǎn)端組合器549和信號(hào)源551之間。信號(hào)源551在第二載頻f2產(chǎn)生載波信號(hào)。乘積器件550將來(lái)自遠(yuǎn)端組合器549輸出的遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)乘以第二載波信號(hào)。本領(lǐng)域中已知可以用其它發(fā)射器件把希望的信號(hào)置于選定的載頻。第二載頻可以和第一載頻相同或不同。
遠(yuǎn)端天線511通過(guò)一個(gè)隔離器534耦合于遠(yuǎn)端發(fā)射機(jī)裝置。遠(yuǎn)端天線511以第二載頻輻射遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)。
每個(gè)基站還包括基站檢波裝置和距離裝置?；緳z波裝置通過(guò)隔離器513和功率分配器515耦合于基站天線509?；緳z波裝置檢測(cè)嵌在遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)中的遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)。如圖5中所示，基站檢波裝置可以具體體現(xiàn)為一個(gè)基站檢波器，它可以包括乘積器件523，帶通濾波器525，捕獲和跟蹤電路531，通用碼片碼發(fā)生器521，消息碼片碼發(fā)生器522，乘積器件524，帶通濾波器526，數(shù)據(jù)檢波器527，低通濾波器528，和位同步器529。如本領(lǐng)域中熟知的，可以用執(zhí)行相同功能的其它器件和電路來(lái)實(shí)現(xiàn)基站檢波裝置，其它器件和電路包括，但不限于，匹配濾波器，表面聲波器件，等等。這個(gè)電路捕獲和跟蹤嵌在遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)中的遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)。在基站天線509接收遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)，并通過(guò)隔離器513和功率分配器515。利用乘積器件523，帶通濾波器525，捕獲和跟蹤電路531以及通用碼片碼發(fā)生器521檢測(cè)遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)。該電路的功能如前面所述。用消息碼片碼發(fā)生器522，乘積器件524，帶通濾波器526，數(shù)據(jù)檢波器527，低通濾波器528，位同步器529把已檢波遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)用于恢復(fù)嵌在遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)中的遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)檢波器527可以相干地或非相干地操作。已檢波遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)作為已檢波數(shù)據(jù)dR2(t)輸出。因此，基站檢波器利用已檢波遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)恢復(fù)了從遠(yuǎn)端單元傳送的遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)。
利用已檢波遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)和基站通用碼片碼信號(hào)，距離裝置確定遠(yuǎn)端單元和基站之間的距離延遲。距離裝置具體體現(xiàn)為一個(gè)距離延遲器件530，它可以比較來(lái)自通用碼片碼發(fā)生器501的基站通用碼片碼信號(hào)與來(lái)自通用碼片碼發(fā)生器521的已檢波遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)之間的定時(shí)。
本發(fā)明可以進(jìn)一步包括步驟擴(kuò)展頻譜處理基站消息數(shù)據(jù)；產(chǎn)生基站通用碼片碼信號(hào)；組合基站通用碼片碼信號(hào)與擴(kuò)展頻譜處理的基站消息數(shù)據(jù)，因而產(chǎn)生基站CDMA信號(hào)；從基站向遠(yuǎn)端單元發(fā)射基站CDMA信號(hào)；檢波嵌在基站CDMA信號(hào)中的基站通用碼片碼信號(hào)；利用已檢波基站通用碼片碼信號(hào)恢復(fù)基站消息數(shù)據(jù)；擴(kuò)展頻譜處理遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)；利用已檢波通用碼片碼信號(hào)和擴(kuò)展頻譜處理的遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)產(chǎn)生遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)；從遠(yuǎn)端單元向基站發(fā)射遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)；檢波嵌在遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)中的遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)；利用已檢波遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)恢復(fù)遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)；和利用已檢波遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)和基站通用碼片碼信號(hào)確定遠(yuǎn)端單元與基站之間的距離延遲。
在使用中，基站用一個(gè)消息碼片碼信號(hào)擴(kuò)展頻譜處理基站消息數(shù)據(jù)，并將擴(kuò)展頻譜處理的基站消息數(shù)據(jù)與基站通用碼片碼信號(hào)組合。組合的信號(hào)是一個(gè)通過(guò)通信信道發(fā)射到至少一個(gè)遠(yuǎn)端單元的基站CDMA信號(hào)。
遠(yuǎn)端單元接收基站CDMA信號(hào)，檢波嵌在基站CDMA信號(hào)中的基站通用碼片碼信號(hào)，并使用已檢波基站通用碼片碼信號(hào)恢復(fù)嵌在基站CDMA信號(hào)中的基站消息數(shù)據(jù)。
將已檢波基站通用碼片碼信號(hào)延遲為遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)，或用其為從遠(yuǎn)端單元發(fā)送到基站的不同遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)設(shè)置定時(shí)。遠(yuǎn)端單元用遠(yuǎn)端碼片碼信號(hào)擴(kuò)展頻譜處理遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)，并把擴(kuò)展頻譜處理的遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)組合為一個(gè)遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)。把遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)通過(guò)通信信道發(fā)送到基站。
在基站，從遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)檢波遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)，并將已檢波遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)用于檢波嵌在遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)中的遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)。此外，把已檢波遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)與基站通用碼片碼信號(hào)在距離延遲電路中比較，以確定遠(yuǎn)端單元離開(kāi)基站的距離。實(shí)際上，遠(yuǎn)端單元與基站之間的距離是發(fā)送產(chǎn)生了基站通用碼片碼信號(hào)的碼片碼字序列和接收由產(chǎn)生了遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)的碼片碼字產(chǎn)生的序列之間定時(shí)的函數(shù)。
利用射頻(RF)信號(hào)確定距離的概念在本領(lǐng)域中是已知的。RF信號(hào)應(yīng)有固定的傳播速率，3×108米/秒。RF信號(hào)在其到達(dá)接收機(jī)之前的某一時(shí)間離開(kāi)發(fā)射機(jī)。把基站通用碼片碼信號(hào)和遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)的特定序列用作時(shí)間標(biāo)記。在遠(yuǎn)端單元的接收機(jī)看到的基站通用碼片碼信號(hào)序列與在基站發(fā)射機(jī)處該序列的時(shí)間差，直接與基站和遠(yuǎn)端單元之間的距離有關(guān)。同樣，在基站的接收機(jī)看到的遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)序列與在遠(yuǎn)端單元的發(fā)射機(jī)處該序列的時(shí)間差，直接與遠(yuǎn)端單元和基站之間的距離有關(guān)。
基站通用碼片碼信號(hào)和遠(yuǎn)端通用碼片碼信號(hào)的使用與雷達(dá)系統(tǒng)中所用的回波測(cè)距法是相同的類型。許多雷達(dá)系統(tǒng)簡(jiǎn)單地發(fā)出RF能量的脈沖，然后等待由于脈沖從目標(biāo)反射而返回的一部分能量。雷達(dá)標(biāo)記從脈沖發(fā)射時(shí)刻直到其返回的時(shí)間。脈沖返回所需的時(shí)間是至目標(biāo)的往返距離的函數(shù)。從信號(hào)的傳播速度很容易確定距離。
本發(fā)明的擴(kuò)展頻譜信號(hào)具有同樣的距離/時(shí)間關(guān)系。本發(fā)明的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)在于它的相位易于分辨?；敬a片碼信號(hào)或遠(yuǎn)端碼片碼信號(hào)序列的基本分辨率是一個(gè)代碼碼片。因此，碼片率越高，可測(cè)量性越好。因而，在10M碼片/秒的碼片率，基本距離分辨率是10-7秒，或30米。還要考慮可能在遠(yuǎn)端單元電路中遇到的附加的延遲。在確定基站與遠(yuǎn)端單元之間的距離時(shí)，可以在基站補(bǔ)償這些延遲。
正交碼同步也可以將本發(fā)明體現(xiàn)為一種利用正交碼和至移動(dòng)終端的距離的信息調(diào)節(jié)和對(duì)準(zhǔn)信息信道的相位以便在基站天線得到正交性的系統(tǒng)和方法。
利用正交碼和至移動(dòng)終端的距離的信息在基站天線得到正交性的系統(tǒng)包括多個(gè)移動(dòng)終端和一個(gè)基站。多個(gè)移動(dòng)終端中的每一個(gè)包括遠(yuǎn)端擴(kuò)展頻譜處理裝置，遠(yuǎn)端導(dǎo)頻裝置，組合裝置，遠(yuǎn)端發(fā)射裝置，和代碼相位調(diào)節(jié)裝置。
遠(yuǎn)端擴(kuò)展頻譜處理裝置和遠(yuǎn)端導(dǎo)頻裝置耦合于組合裝置。遠(yuǎn)端發(fā)射裝置耦合于組合裝置。
基站包括接收裝置，第一基站導(dǎo)頻裝置，第二基站導(dǎo)頻裝置，第一延遲裝置，第二延遲裝置，相關(guān)器裝置，跟蹤裝置，距離延遲裝置，和基站發(fā)射裝置。
遠(yuǎn)端擴(kuò)展頻譜處理裝置利用偽噪聲碼處理遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)端導(dǎo)頻裝置產(chǎn)生遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)。組合裝置把遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)與擴(kuò)展頻譜處理的遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)組合，產(chǎn)生遠(yuǎn)端復(fù)合信號(hào)。遠(yuǎn)端復(fù)合信號(hào)具有遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)和至少一個(gè)遠(yuǎn)端用戶信息信道。遠(yuǎn)端發(fā)射裝置在雙工無(wú)線信道的反向信道上向基站發(fā)射遠(yuǎn)端復(fù)合信號(hào)。
在基站，接收裝置接收遠(yuǎn)端復(fù)合信號(hào)。第一基站導(dǎo)頻裝置產(chǎn)生基站導(dǎo)頻信號(hào)。第二基站導(dǎo)頻裝置產(chǎn)生基站導(dǎo)頻參考信號(hào)。第一延遲裝置產(chǎn)生基站導(dǎo)頻參考信號(hào)的一個(gè)準(zhǔn)時(shí)，一個(gè)超前，和一個(gè)滯后信號(hào)。第二延遲裝置產(chǎn)生信息參考信號(hào)。將信息參考信號(hào)與基站導(dǎo)頻參考信號(hào)的準(zhǔn)時(shí)信號(hào)同步。相關(guān)器裝置把遠(yuǎn)端復(fù)合信號(hào)與基站導(dǎo)頻參考信號(hào)的準(zhǔn)時(shí)、超前和滯后信號(hào)相乘，以便分別相關(guān)出遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)的一個(gè)準(zhǔn)時(shí)、一個(gè)超前和一個(gè)滯后信號(hào)。相關(guān)器裝置也把遠(yuǎn)端復(fù)合信號(hào)與信息參考信號(hào)相乘，以相關(guān)出遠(yuǎn)端用戶信息信道。
跟蹤裝置跟蹤遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)的相位，并響應(yīng)遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)的峰值，輸出捕獲信號(hào)。捕獲信號(hào)表示遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)與基站導(dǎo)頻參考信號(hào)的同步。
響應(yīng)捕獲信號(hào)，距離延遲裝置計(jì)算基站導(dǎo)頻信號(hào)與基站導(dǎo)頻參考信號(hào)之間的相位差以確定移動(dòng)站與基站之間的距離?；景l(fā)射裝置通過(guò)雙工無(wú)線信道的前向信道從基站向移動(dòng)終端發(fā)射該距離。
響應(yīng)從基站接收的距離信息，在移動(dòng)終端的代碼相位調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)偽噪聲碼的相位，以便確定擴(kuò)展頻譜處理的遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)到達(dá)基站的時(shí)間。
在調(diào)節(jié)偽噪聲碼的相位時(shí)，遠(yuǎn)端擴(kuò)展頻譜處理裝置可以用一代碼碼片的增量調(diào)節(jié)偽噪聲碼。在移動(dòng)終端調(diào)節(jié)偽噪聲碼時(shí)，基站處理器比較擴(kuò)展頻譜處理的遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)的信號(hào)強(qiáng)度電平。響應(yīng)使操作特性最強(qiáng)化的一個(gè)代碼碼片增量，基站校準(zhǔn)遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)和具有該代碼碼片增量的擴(kuò)展頻譜處理的遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。
擴(kuò)展頻譜CDMA蜂窩無(wú)線通信系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括基站擴(kuò)展裝置和基站組合裝置?；緮U(kuò)展裝置擴(kuò)展頻譜處理基站消息數(shù)據(jù)?；緮U(kuò)展裝置可以包括用于處理一個(gè)帶有選定碼片碼的特定移動(dòng)終端的基站消息數(shù)據(jù)的裝置?；窘M合裝置將擴(kuò)展頻譜處理的基站消息數(shù)據(jù)和基站導(dǎo)頻信號(hào)組合為一個(gè)復(fù)合基站信號(hào)。復(fù)合基站信號(hào)包括一個(gè)共用擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)和至少一個(gè)用于每個(gè)移動(dòng)終端的專用擴(kuò)展頻譜用戶信息信道。共用擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)和專用擴(kuò)展頻譜用戶信息信道中的每個(gè)的擴(kuò)展碼可以包含一個(gè)正交碼元?？梢詫⑦h(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)從屬于共用擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)作為用于遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)的相位和定時(shí)的參考。
遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)和每個(gè)移動(dòng)終端的遠(yuǎn)端用戶信息信道的擴(kuò)展碼可以包含一個(gè)正交碼元。此外，可以把遠(yuǎn)端用戶信息信道同步于遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)。
系統(tǒng)還可以包括用于產(chǎn)生差錯(cuò)信號(hào)和跟蹤遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)的基站延遲鎖定環(huán)裝置。移動(dòng)終端響應(yīng)從基站接收的差錯(cuò)信號(hào)，調(diào)節(jié)正交偽噪聲碼的相位，以便補(bǔ)償當(dāng)移動(dòng)終端在蜂窩內(nèi)移動(dòng)時(shí)距離上的改變。
更具體地講，本發(fā)明的移動(dòng)終端包括遠(yuǎn)端用戶數(shù)據(jù)源，第一正交碼集發(fā)生器，第一類噪聲碼發(fā)生器，遠(yuǎn)端導(dǎo)頻數(shù)據(jù)源，信號(hào)組合器，第一模2加法器，第二模2加法器，第三模2加法器，第四模2加法器，調(diào)制器，天線裝置，代碼相位調(diào)節(jié)器，和處理器。
第一模2加法器耦合于遠(yuǎn)端用戶數(shù)據(jù)源和第一正交碼集發(fā)生器。第二模2加法器耦合于第一模2加法器的一個(gè)輸出端和第一類噪聲碼發(fā)生器。第三模2加法器耦合于第一正交碼集發(fā)生器和遠(yuǎn)端導(dǎo)頻數(shù)據(jù)源。第四模2加法器耦合于第三模2加法器的一個(gè)輸出端和第一類噪聲碼發(fā)生器。信號(hào)組合器耦合于第四模2加法器和第二模2加法器。調(diào)制器耦合于信號(hào)組合器。代碼相位調(diào)節(jié)器耦合于第一正交碼集發(fā)生器和第一類噪聲碼發(fā)生器。處理器耦合于代碼相位調(diào)節(jié)器。
遠(yuǎn)端用戶數(shù)據(jù)源產(chǎn)生用戶數(shù)據(jù)信號(hào)。第一正交碼集發(fā)生器產(chǎn)生第一正交碼和第一遠(yuǎn)端導(dǎo)頻碼。第一模2加法器用第一正交碼擴(kuò)展頻譜處理用戶數(shù)據(jù)信號(hào)，以便產(chǎn)生擴(kuò)展信號(hào)。第一類噪聲碼發(fā)生器產(chǎn)生第一偽噪聲碼。第二模2加法器用第一偽噪聲碼處理該擴(kuò)展信號(hào)，以產(chǎn)生擴(kuò)展頻譜用戶數(shù)據(jù)信號(hào)。
遠(yuǎn)端導(dǎo)頻數(shù)據(jù)源產(chǎn)生導(dǎo)頻數(shù)據(jù)信號(hào)。導(dǎo)頻數(shù)據(jù)信號(hào)可以全部由1組成。作為選擇，遠(yuǎn)端導(dǎo)頻數(shù)據(jù)源可以產(chǎn)生全部由0組成的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)信號(hào)。
第三模2加法器用第一遠(yuǎn)端導(dǎo)頻碼擴(kuò)展頻譜處理導(dǎo)頻數(shù)據(jù)信號(hào)，產(chǎn)生擴(kuò)展導(dǎo)頻信號(hào)。第四模2加法器用第一偽噪聲碼處理擴(kuò)展導(dǎo)頻信號(hào)，產(chǎn)生遠(yuǎn)端擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻數(shù)據(jù)信號(hào)。
信號(hào)組合器把遠(yuǎn)端擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻數(shù)據(jù)信號(hào)和擴(kuò)展頻譜用戶數(shù)據(jù)信號(hào)組合成組合的擴(kuò)展頻譜數(shù)據(jù)信號(hào)。調(diào)制器將組合的擴(kuò)展頻譜數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制到載波上，成為組合的擴(kuò)展頻譜調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)。天線裝置在雙工無(wú)線信道的反向信道上發(fā)射組合的擴(kuò)展頻譜調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)。天線裝置也接收從基站在雙工無(wú)線信道的前向信道上發(fā)射的復(fù)合擴(kuò)展頻譜調(diào)制載波信號(hào)。前向信道上的復(fù)合擴(kuò)展頻譜調(diào)制載波信號(hào)具有共用擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)和移動(dòng)終端的專用擴(kuò)展頻譜用戶信息信道。
代碼相位調(diào)節(jié)器，響應(yīng)來(lái)自處理器的輸入和共用擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)，調(diào)節(jié)第一正交碼的相位以調(diào)節(jié)擴(kuò)展頻譜用戶數(shù)據(jù)信號(hào)到達(dá)基站的時(shí)間。這個(gè)相位調(diào)節(jié)操作調(diào)節(jié)擴(kuò)展頻譜用戶數(shù)據(jù)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間使其與其它到達(dá)的擴(kuò)展頻譜用戶數(shù)據(jù)信號(hào)是正交的。使第一遠(yuǎn)端導(dǎo)頻碼的相位從屬于共用擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)，以使基站能夠利用往返行程延遲確定基站與移動(dòng)終端之間的距離。處理器產(chǎn)生處理器輸入并存儲(chǔ)基站與移動(dòng)終端之間的距離。
代碼相位調(diào)節(jié)器還可以調(diào)節(jié)第一正交碼的相位，使其具有與第一偽噪聲碼相同的相位。第一偽噪聲碼的長(zhǎng)度是第一正交碼長(zhǎng)度的整數(shù)倍。代碼相位調(diào)節(jié)器還可以響應(yīng)捕獲移動(dòng)第一遠(yuǎn)端導(dǎo)頻碼的相位，使其與擴(kuò)展頻譜用戶數(shù)據(jù)信號(hào)同步。
本發(fā)明的移動(dòng)終端可以進(jìn)一步包括功率分配器，第二正交碼集發(fā)生器，第二類噪聲碼發(fā)生器，模式控制和捕獲器件，時(shí)鐘脈沖發(fā)生器，第五模2加法器，第六模2加法器，第一延遲器件，第二延遲器件，第一乘法器/相關(guān)器，第二乘法器/相關(guān)器，第三乘法器/相關(guān)器，第四乘法器/相關(guān)器，延遲鎖定環(huán)，和鎖相環(huán)振蕩器。
模式控制和捕獲器件耦合在第二正交碼集發(fā)生器與第二類噪聲發(fā)生器之間。時(shí)鐘脈沖發(fā)生器耦合于模式控制和捕獲器件、第一正交碼集發(fā)生器、和第一類噪聲碼發(fā)生器。第五模2加法器耦合于第二正交碼集發(fā)生器和第二類噪聲碼發(fā)生器。第六模2加法器耦合于第二正交碼集發(fā)生器和第二類噪聲碼發(fā)生器。第一延遲器件耦合于第五模2加法器。第一、第二、和第三乘法器/相關(guān)器每個(gè)耦合于功率分配器和第一延遲器件。第二延遲器件耦合于第六模2加法器和處理器。第四乘法器/相關(guān)器耦合于第二延遲器件和功率分配器。延遲鎖定環(huán)耦合于第二和第三乘法器/相關(guān)器。鎖相環(huán)振蕩器耦合于第一乘法器/相關(guān)器。
功率分配器把復(fù)合擴(kuò)展頻譜調(diào)制載波信號(hào)分離為一個(gè)導(dǎo)頻信道和一個(gè)數(shù)據(jù)信道。第二正交碼集發(fā)生器，響應(yīng)來(lái)自基站的命令，產(chǎn)生多個(gè)本地產(chǎn)生的導(dǎo)頻碼，在任何給定時(shí)間可以產(chǎn)生和/或使用它們中的任何一個(gè)，或它們中任意多個(gè)。
第二類噪聲碼發(fā)生器產(chǎn)生第二偽噪聲碼。模式控制和捕獲器件接收來(lái)自基站的定時(shí)信息，并產(chǎn)生用于第二正交碼集發(fā)生器和第二類噪聲碼發(fā)生器的時(shí)鐘。模式控制和捕獲器件也產(chǎn)生同步信號(hào)。時(shí)鐘脈沖發(fā)生器提供同步時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘脈沖發(fā)生器可以有其本身的振蕩器，或可以鎖定于來(lái)自模式控制和捕獲器件的時(shí)鐘。
第五模2加法器組合第一本地產(chǎn)生的導(dǎo)頻碼和第二偽噪聲碼，以形成第一本地?cái)U(kuò)展頻譜導(dǎo)頻參考信號(hào)。第六模2加法器組合一特定的正交碼和第二偽噪聲碼，以形成第一本地?cái)U(kuò)展頻譜信息參考信號(hào)。第一延遲器件，響應(yīng)處理器，延遲第一本地?cái)U(kuò)展頻譜導(dǎo)頻參考信號(hào)，以產(chǎn)生第一本地?cái)U(kuò)展頻譜導(dǎo)頻參考信號(hào)的一個(gè)準(zhǔn)時(shí)、一個(gè)超前和一個(gè)滯后信號(hào)。
第一、第二和第三乘法器/相關(guān)器將復(fù)合擴(kuò)展頻譜調(diào)制載波信號(hào)與第一本地?cái)U(kuò)展頻譜導(dǎo)頻參考信號(hào)的準(zhǔn)時(shí)、超前和滯后信號(hào)相乘，以分別相關(guān)出共用擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)的準(zhǔn)時(shí)、超前、和滯后信號(hào)。第二延遲器件提供與第一本地?cái)U(kuò)展頻譜導(dǎo)頻參考信號(hào)的準(zhǔn)時(shí)信號(hào)同步的信息參考信號(hào)。第四乘法器/相關(guān)器將復(fù)合擴(kuò)展頻譜調(diào)制載波信號(hào)與第一本地?cái)U(kuò)展頻譜信息參考信號(hào)相乘，以相關(guān)出專用擴(kuò)展頻譜用戶信息信道。延遲鎖定環(huán)跟蹤輸入的共用擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)的相位，并響應(yīng)相關(guān)峰值向模式控制和捕獲器件輸出時(shí)鐘信號(hào)和捕獲信號(hào)。鎖相環(huán)振蕩器集中于相關(guān)峰值，并對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)檢波器和延遲鎖定環(huán)提供相干載波參考。
利用剛才說(shuō)明的系統(tǒng)，基站可以通過(guò)測(cè)量共用擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)與第一遠(yuǎn)端導(dǎo)頻碼之間的代碼相位差確定基站與移動(dòng)終端之間的距離。共用擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)可以包含正交碼元。第一遠(yuǎn)端導(dǎo)頻碼也可以包含正交碼元。
在本發(fā)明的擴(kuò)展頻譜CDMA數(shù)字蜂窩無(wú)線系統(tǒng)中，系統(tǒng)也包括一個(gè)基站。基站包括基站用戶數(shù)據(jù)源，第一正交碼集發(fā)生器，第一類噪聲碼發(fā)生器，第一模2加法器，第二模2加法器，系統(tǒng)數(shù)據(jù)源，系統(tǒng)數(shù)據(jù)擴(kuò)展裝置，基站導(dǎo)頻數(shù)據(jù)源，導(dǎo)頻數(shù)據(jù)擴(kuò)展裝置，信號(hào)組合器，調(diào)制器，天線裝置，導(dǎo)頻參考信號(hào)發(fā)生裝置，時(shí)鐘脈沖發(fā)生器，距離延遲裝置，和處理器。
第一模2加法器耦合于基站用戶數(shù)據(jù)源和第一正交碼集發(fā)生器。第二模2加法器耦合于第一模2加法器的一個(gè)輸出端和第一類噪聲碼發(fā)生器。信號(hào)組合器耦合于導(dǎo)頻數(shù)據(jù)信號(hào)擴(kuò)展裝置，系統(tǒng)數(shù)據(jù)擴(kuò)展裝置，和第二模2加法器。調(diào)制器耦合于信號(hào)組合器。時(shí)鐘脈沖發(fā)生器耦合于第一正交碼集發(fā)生器和第一類噪聲碼發(fā)生器。距離延遲裝置耦合于導(dǎo)頻數(shù)據(jù)擴(kuò)展裝置的一個(gè)輸出端和導(dǎo)頻參考信號(hào)發(fā)生裝置的一個(gè)輸出端。
基站用戶數(shù)據(jù)源產(chǎn)生基站用戶數(shù)據(jù)信號(hào)。第一正交碼集發(fā)生器產(chǎn)生第一正交碼和第一基站導(dǎo)頻碼。第一模2加法器用第一正交碼擴(kuò)展頻譜處理基站用戶數(shù)據(jù)信號(hào)，以產(chǎn)生擴(kuò)展信號(hào)。第一類噪聲碼發(fā)生器產(chǎn)生第一偽噪聲碼。第二模2加法器用第一偽噪聲碼處理擴(kuò)展信號(hào)，以產(chǎn)生擴(kuò)展頻譜用戶數(shù)據(jù)信號(hào)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)源產(chǎn)生要發(fā)射到多個(gè)移動(dòng)終端的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)擴(kuò)展裝置擴(kuò)展頻譜處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)?；緦?dǎo)頻數(shù)據(jù)源產(chǎn)生基站導(dǎo)頻數(shù)據(jù)信號(hào)。導(dǎo)頻數(shù)據(jù)信號(hào)擴(kuò)展裝置用第一基站導(dǎo)頻碼把基站導(dǎo)頻數(shù)據(jù)信號(hào)擴(kuò)展頻譜處理為共用擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)。
信號(hào)組合器將共用擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)，擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)數(shù)據(jù)，和擴(kuò)展頻譜用戶數(shù)據(jù)信號(hào)組合為組合的擴(kuò)展頻譜數(shù)據(jù)信號(hào)。調(diào)制器將組合的擴(kuò)展頻譜數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制到一載波上，成為組合的擴(kuò)展頻譜調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)。天線裝置發(fā)射組合的擴(kuò)展頻譜調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)。天線裝置也接收分別從多個(gè)移動(dòng)終端發(fā)射的多個(gè)復(fù)合擴(kuò)展頻譜調(diào)制載波信號(hào)。每個(gè)復(fù)合擴(kuò)展頻譜調(diào)制載波信號(hào)具有接收的遠(yuǎn)端擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)和用于每個(gè)移動(dòng)終端的信息信道。
導(dǎo)頻參考信號(hào)發(fā)生裝置產(chǎn)生導(dǎo)頻參考信號(hào)。時(shí)鐘脈沖發(fā)生器保持全系統(tǒng)時(shí)間。距離延遲裝置計(jì)算導(dǎo)頻參考信號(hào)與共用擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)之間的相位差作為第一值。處理器存儲(chǔ)第一值，并利用第一值向移動(dòng)終端提供代表往返行程延遲的處理器輸出信號(hào)。
導(dǎo)頻數(shù)據(jù)信號(hào)擴(kuò)展裝置可以包括第三模2加法器，和第四模2加法器。第三模2加法器耦合于第一正交碼集發(fā)生器和基站導(dǎo)頻數(shù)據(jù)源。第四模2加法器耦合于第三模2加法器的一個(gè)輸出端和第一類噪聲碼發(fā)生器。
第三模2加法器用第一基站導(dǎo)頻碼擴(kuò)展頻譜處理導(dǎo)頻數(shù)據(jù)信號(hào)，以產(chǎn)生擴(kuò)展導(dǎo)頻信號(hào)。第四模2加法器用第一偽噪聲碼處理擴(kuò)展導(dǎo)頻信號(hào)，以產(chǎn)生共用擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)。
系統(tǒng)數(shù)據(jù)擴(kuò)展裝置可以包括第五模2加法器和第六模2加法器。第五模2加法器耦合于第一正交碼集發(fā)生器和系統(tǒng)數(shù)據(jù)源。第六模2加法器耦合于第五模2加法器的一個(gè)輸出端和第一類噪聲碼發(fā)生器。
第一正交碼集發(fā)生器產(chǎn)生第二正交碼。第五模2加法器用第二正交碼擴(kuò)展頻譜處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生擴(kuò)展頻譜數(shù)據(jù)信號(hào)。第六模2加法器用第一偽噪聲碼處理擴(kuò)展頻譜數(shù)據(jù)信號(hào)，以產(chǎn)生擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號(hào)。
基站可以進(jìn)一步包括功率分配器，第二正交碼集發(fā)生器，第二類噪聲碼發(fā)生器，模式控制和捕獲器件，第七模2加法器，第八模2加法器，第一延遲器件，第二延遲器件，第一乘法器/相關(guān)器，第二乘法器/相關(guān)器，第三乘法器/相關(guān)器，第四乘法器/相關(guān)器，延遲鎖定環(huán)，和鎖相環(huán)振蕩器。
模式控制和捕獲器件耦合在第二正交碼集發(fā)生器和第二類噪聲碼發(fā)生器之間。第七模2加法器耦合于第二正交碼集發(fā)生器和第二類噪聲碼發(fā)生器。第八模2加法器耦合于第二正交碼集發(fā)生器和第二類噪聲碼發(fā)生器。第一延遲器件耦合于第七模2加法器。第二延遲器件耦合于第八模2加法器和處理器。第一、第二、和第三乘法器/相關(guān)器每個(gè)耦合于功率分配器和第一延遲器件。第四乘法器/相關(guān)器耦合于第二延遲器件和功率分配器。延遲鎖定環(huán)耦合于第二和第三乘法器/相關(guān)器。鎖相環(huán)振蕩器耦合于第一乘法器/相關(guān)器。
功率分配器將復(fù)合擴(kuò)展頻譜調(diào)制載波信號(hào)分離為一個(gè)導(dǎo)頻信道和一個(gè)數(shù)據(jù)信道。第二正交碼集發(fā)生器產(chǎn)生第三正交碼。第二類噪聲碼發(fā)生器產(chǎn)生第二偽噪聲碼。模式控制和捕獲器件提供時(shí)鐘和控制信號(hào)。
第七模2加法器組合分配的導(dǎo)頻正交碼和第二偽噪聲碼，以形成第一擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻參考信號(hào)。第八模2加法器組合分配的數(shù)據(jù)正交碼和第二偽噪聲碼，以形成第一擴(kuò)展頻譜數(shù)據(jù)參考信號(hào)。
第一延遲器件，響應(yīng)處理器，延遲第一擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻參考信號(hào)，以產(chǎn)生第一擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻參考信號(hào)的準(zhǔn)時(shí)、超前、和滯后信號(hào)。第一、第二、和第三乘法器/相關(guān)器將復(fù)合擴(kuò)展頻譜調(diào)制載波信號(hào)與第一擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻參考信號(hào)的準(zhǔn)時(shí)、超前和滯后信號(hào)相乘，以分別相關(guān)出接收的遠(yuǎn)端擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)的準(zhǔn)時(shí)、超前和滯后信號(hào)。
第二延遲器件提供與第一擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻參考信號(hào)的準(zhǔn)時(shí)信號(hào)同步的信息參考信號(hào)。第四乘法器/相關(guān)器將復(fù)合擴(kuò)展頻譜調(diào)制載波信號(hào)與信息參考信號(hào)相乘，以相關(guān)出信息信道。
延遲鎖定環(huán)跟蹤接收的遠(yuǎn)端擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)的相位。響應(yīng)相關(guān)峰值，延遲鎖定環(huán)向模式控制和捕獲器件輸出時(shí)鐘信號(hào)和捕獲信號(hào)。鎖相環(huán)振蕩器向本地?cái)?shù)據(jù)檢波器和延遲鎖定環(huán)提供相干載波參考。
利用剛才所述的系統(tǒng)，基站可以通過(guò)測(cè)量共用擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)與接收的遠(yuǎn)端擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)之間的代碼相位差確定至每個(gè)移動(dòng)終端的距離。
移動(dòng)終端可以響應(yīng)往返行程延遲調(diào)節(jié)每個(gè)復(fù)合擴(kuò)展頻譜調(diào)制載波信號(hào)的信息信道的代碼相位，使其在復(fù)合擴(kuò)展頻譜調(diào)制載波信號(hào)到達(dá)基站時(shí)與一特定的時(shí)間標(biāo)記相符?；究梢园言撎囟〞r(shí)間標(biāo)記設(shè)定在一時(shí)間絕對(duì)值，以滿足蜂窩的正交性標(biāo)準(zhǔn)。
如圖7中所示，本發(fā)明的移動(dòng)終端包括遠(yuǎn)端天線727，遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)源700，遠(yuǎn)端導(dǎo)頻數(shù)據(jù)源701，遠(yuǎn)端正交碼集發(fā)生器702，740，類噪聲碼發(fā)生器703，741，六個(gè)模2加法器710-715，組合器716，射頻調(diào)制器/轉(zhuǎn)換器720，時(shí)鐘脈沖發(fā)生器730，處理器732，代碼相位調(diào)節(jié)器731，模式控制和捕獲器件733，四個(gè)帶通濾波器754，755，756，757，位同步器759，相干檢波器758，積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路760，延遲鎖定環(huán)751，兩個(gè)延遲元件752，753，四個(gè)乘法器相關(guān)器725，726，728，729，鎖相環(huán)振蕩器750，功率分配器722，雙工器721，和載波發(fā)生器719。圖7還示出了處理器輸入/輸出端口771，用戶數(shù)據(jù)輸入端口770，和射頻輸入/輸出端口773。
圖7的遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)源700是遠(yuǎn)端用戶提供給移動(dòng)終端的信息。這個(gè)信息可以是話音、數(shù)據(jù)、傳真、或用戶希望通過(guò)他的移動(dòng)終端發(fā)送到另一個(gè)用戶、機(jī)器或系統(tǒng)的任何其它形式的信息。處理器732也產(chǎn)生無(wú)線系統(tǒng)或其它遠(yuǎn)距離用戶使用的消息，和通過(guò)用戶數(shù)據(jù)輸入端口770將這些消息提供給遠(yuǎn)端用戶數(shù)據(jù)源，在用戶數(shù)據(jù)輸入端口770這些消息與用戶數(shù)據(jù)一起多路復(fù)用。遠(yuǎn)端用戶數(shù)據(jù)源把多路復(fù)用用戶數(shù)據(jù)信號(hào)提供到模2加法器710，在模2加法器710把分配的一個(gè)以比用戶數(shù)據(jù)高得多的比特率操作的正交碼疊加在用戶數(shù)據(jù)信號(hào)上。該正交碼擴(kuò)展用戶數(shù)據(jù)信號(hào)，因而使得數(shù)個(gè)相似的信號(hào)可以占用相同的頻譜，并在基站恢復(fù)。模2加法器711將一個(gè)附加的PN碼疊加在擴(kuò)展信號(hào)上，以使產(chǎn)生的擴(kuò)展頻譜信號(hào)更像隨機(jī)噪聲。PN碼是由類噪聲碼發(fā)生器703產(chǎn)生的。在組合器716中，擴(kuò)展頻譜用戶數(shù)據(jù)信號(hào)與擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻數(shù)據(jù)信號(hào)組合。射頻調(diào)制器/轉(zhuǎn)換器720把組合的擴(kuò)展頻譜數(shù)據(jù)信號(hào)在載頻WC上調(diào)制。擴(kuò)展頻譜調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)允許把遠(yuǎn)端天線727用來(lái)發(fā)射和接收的雙工器721被送到遠(yuǎn)端天線727。遠(yuǎn)端天線727通過(guò)空中把復(fù)合擴(kuò)展頻譜調(diào)制載波信號(hào)發(fā)射到接收它的基站天線裝置。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，可以用許多其它的方式來(lái)執(zhí)行。例如，可以在把正交碼和類噪聲碼加入到數(shù)據(jù)之前組合它們?？梢酝ㄟ^(guò)利用正交載波分量和在射頻組合該分量，在基帶進(jìn)行調(diào)制?？梢园巡煌腜N碼用在不同的正交分量上以增加復(fù)合信號(hào)的隨機(jī)性。這些對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的專業(yè)人員都是已知的技術(shù)。
正交碼集發(fā)生器702可以產(chǎn)生屬于預(yù)定代碼集的任何代碼，并且由處理器732指令產(chǎn)生一個(gè)專用碼。處理器732本身又通過(guò)輸入/輸出端口771接收從基站控制裝置在控制信道上發(fā)送給它的指令。如上所述，正交碼集發(fā)生器702建立并產(chǎn)生分配的代碼，并且所述正交碼被用于在模2加法器710中擴(kuò)展用戶數(shù)據(jù)信號(hào)。正交碼集發(fā)生器702也產(chǎn)生用于在模2加法器712中擴(kuò)展導(dǎo)頻數(shù)據(jù)信號(hào)的第二分配的正交碼。獨(dú)立地調(diào)節(jié)這些代碼的相位，但是兩種代碼的時(shí)鐘頻率是相同的。在捕獲后，對(duì)于操作的所有模式，時(shí)鐘脈沖發(fā)生器730從屬于從模式控制和捕獲器件733接收的輸入，或基站定時(shí)和時(shí)鐘。在捕獲模式期間，時(shí)鐘脈沖發(fā)生器730使用一個(gè)內(nèi)部振蕩器，該振蕩器工作在近似于將從基站接收的預(yù)期頻率?？梢园堰@個(gè)內(nèi)部振蕩器設(shè)定為略高于或略低于時(shí)鐘頻率，以便能夠進(jìn)行對(duì)輸入的復(fù)合擴(kuò)展信號(hào)的掃描。一旦捕獲，模式控制和捕獲器件733向時(shí)鐘脈沖發(fā)生器730提供一個(gè)時(shí)鐘同步信號(hào)。
可以調(diào)節(jié)正交碼的相位使其與從基站輸入的導(dǎo)頻碼的相位相同。這使得發(fā)射的用戶導(dǎo)頻信號(hào)看起來(lái)像是從移動(dòng)終端的反射，并且基站能夠測(cè)量至每個(gè)特定移動(dòng)終端的往返行程延遲。將以代碼碼片測(cè)量的往返行程延遲發(fā)送到移動(dòng)終端，并存儲(chǔ)在處理器732中。往返行程延遲的一半就是以代碼碼片測(cè)量的移動(dòng)終端與基站之間的距離。通過(guò)使用八分之一或十分之一的碼片倍數(shù)的增量，和確定來(lái)自基站相關(guān)器的峰值輸出功率，并隨后以一個(gè)碼片的幾分之一的精度把延遲時(shí)間發(fā)送到移動(dòng)終端，可以提高距離的精確度。
在代碼相位調(diào)節(jié)器731的指令下，移動(dòng)終端具有以一個(gè)碼片幾分之一的，例如八分之一、十分之一或十六分之一的，精度調(diào)節(jié)正交碼的相位的能力，代碼相位調(diào)節(jié)器731在處理器732的協(xié)助下，確定接收的導(dǎo)頻信號(hào)的相位，并將其轉(zhuǎn)換為對(duì)于遠(yuǎn)端導(dǎo)頻擴(kuò)展碼適當(dāng)?shù)某跏紶顟B(tài)。
當(dāng)信號(hào)到達(dá)基站時(shí)，為了使發(fā)射的，反向鏈路，擴(kuò)展頻譜用戶數(shù)據(jù)信號(hào)與其它發(fā)射的擴(kuò)展頻譜用戶數(shù)據(jù)信號(hào)是正交的，必須調(diào)節(jié)每個(gè)用戶發(fā)射的代碼的相位，以補(bǔ)償?shù)矫總€(gè)獨(dú)立的用戶的不同路徑長(zhǎng)度，或距離。每個(gè)移動(dòng)終端已經(jīng)在它的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)了到基站的距離。利用這個(gè)信息，處理器732確定使擴(kuò)展頻譜用戶數(shù)據(jù)信號(hào)在特定時(shí)間到達(dá)基站所需的相位調(diào)節(jié)。然后，代碼相位調(diào)節(jié)器731向正交碼集發(fā)生器702提供初始代碼設(shè)置，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間啟動(dòng)發(fā)生器。以每碼片幾分之一的精度，基站用戶數(shù)據(jù)信道校準(zhǔn)檢波器檢測(cè)差錯(cuò)電壓，以使相干輸出功率最大，并且把改正信號(hào)發(fā)送到移動(dòng)終端，把增量的調(diào)節(jié)提供給用戶數(shù)據(jù)正交碼相位，以精細(xì)地調(diào)諧發(fā)射信號(hào)的相對(duì)位置。當(dāng)移動(dòng)終端在該區(qū)域中移動(dòng)時(shí)，利用導(dǎo)頻跟蹤差錯(cuò)信號(hào)，這些增量調(diào)節(jié)補(bǔ)償移動(dòng)終端的正常移動(dòng)并跟蹤移動(dòng)終端。
代碼相位的迅速變化需要如上所述的通過(guò)利用導(dǎo)頻重復(fù)進(jìn)行距離測(cè)量技術(shù)以重新捕獲數(shù)據(jù)信號(hào)。用代碼相位調(diào)節(jié)器731對(duì)類噪聲碼發(fā)生器703進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，以使其具有與正交碼集發(fā)生器702相同的相位。由于類噪聲PN碼比正交碼長(zhǎng)得多，因此調(diào)節(jié)正交碼和類噪聲PN碼，使它們看來(lái)像是在相同的時(shí)間開(kāi)始，正交碼將在類噪聲PN碼的每一循環(huán)期間重復(fù)多次，并且它們將在相同的時(shí)間結(jié)束。因此，它們都開(kāi)始于一個(gè)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間的起始時(shí)刻，其中信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間是類噪聲PN碼的長(zhǎng)度。正交碼的長(zhǎng)度是較長(zhǎng)的類噪聲PN碼的偶整數(shù)。所有用戶使用相同的類噪聲PN碼，并且成為所有用戶數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)字載波。當(dāng)類噪聲PN碼被同步檢測(cè)時(shí)，對(duì)不同正交碼之間的分辨沒(méi)有影響。
上述處理導(dǎo)致具有相對(duì)系統(tǒng)時(shí)間參考的不同絕對(duì)相位的發(fā)射用戶數(shù)據(jù)信號(hào)和發(fā)射導(dǎo)頻。因此，導(dǎo)頻擴(kuò)展頻譜信號(hào)不能正交于用戶數(shù)據(jù)信號(hào)，這表明，假設(shè)每個(gè)用戶終端也具有一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)，如果信號(hào)的一半作為隨機(jī)噪聲出現(xiàn)并且另一半不造成干擾，那么干擾已經(jīng)減少了3db。來(lái)自遠(yuǎn)端導(dǎo)頻數(shù)據(jù)源701的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)可以全都是0，全部是1或?qū)嶋H上使低數(shù)據(jù)率的信息信號(hào)輸入到導(dǎo)頻信道上。假設(shè)一個(gè)對(duì)于遠(yuǎn)端導(dǎo)頻數(shù)據(jù)源701的“全1”輸入，那么導(dǎo)頻信道僅發(fā)射為導(dǎo)頻選擇的正交碼與類噪聲PN碼的相加。
如上所述，遠(yuǎn)端導(dǎo)頻的相位和定時(shí)從屬于來(lái)自基站的輸入導(dǎo)頻。使導(dǎo)頻從屬，以便它從移動(dòng)終端通過(guò)時(shí)表現(xiàn)為沒(méi)有延遲。這是本發(fā)明的關(guān)鍵特征，并且使得基站能夠精確地測(cè)量往返行程延遲?；緦⑦@個(gè)往返行程延遲信息提供給移動(dòng)終端，移動(dòng)終端在捕獲過(guò)程中利用這個(gè)信息調(diào)節(jié)發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)信號(hào)的相位，因而使得基站能夠在正交操作模式中迅速地捕獲用戶數(shù)據(jù)信號(hào)。由于移動(dòng)終端對(duì)導(dǎo)頻和用戶數(shù)據(jù)信號(hào)都使用相同的載波，因此使用導(dǎo)頻載波相位相干地檢測(cè)用戶數(shù)據(jù)。如上所述，在捕獲之后，來(lái)自導(dǎo)頻的距離信息在數(shù)據(jù)模式的正常轉(zhuǎn)換期間是不必要的。因此，移動(dòng)終端包括一種在捕獲發(fā)生后使用的模式，在這種模式中，移動(dòng)導(dǎo)頻碼相位以使其具有與用戶數(shù)據(jù)信道相同的相位。在這種模式中，如果分配的導(dǎo)頻碼是正交碼集的項(xiàng)，那么導(dǎo)頻也是正交的。本發(fā)明的這個(gè)特征再使系統(tǒng)容量幾乎增大一倍。這也表明，由于導(dǎo)頻不會(huì)對(duì)其它信號(hào)造成干擾，所以導(dǎo)頻能夠以比較高的功率電平發(fā)射。盡管這的確意味著，如果由于有限的正交碼數(shù)量而不是處理增益造成了容量上的限制，用戶的數(shù)量已經(jīng)被減少。由于這個(gè)特征是從基站控制的，基站可以作出哪一種模式將給出具有最大容量的最佳操作特性的估計(jì)，并相應(yīng)采取行動(dòng)。
在加法器712中把導(dǎo)頻數(shù)據(jù)與分配給導(dǎo)頻的代碼模2相加，產(chǎn)生擴(kuò)展頻譜反向鏈路導(dǎo)頻信號(hào)。在加法器713也使一個(gè)類噪聲PN信號(hào)相加于這個(gè)信號(hào)，在加法器713中使導(dǎo)頻信號(hào)表現(xiàn)得更像一個(gè)隨機(jī)噪聲擴(kuò)展頻譜信號(hào)。在組合器716中把類噪聲擴(kuò)展頻譜導(dǎo)頻信號(hào)與擴(kuò)展頻譜用戶數(shù)據(jù)信號(hào)組合，形成復(fù)合擴(kuò)展頻譜信號(hào)，然后在調(diào)制器/轉(zhuǎn)換器720中將復(fù)合擴(kuò)展頻譜信號(hào)調(diào)制到載波上。這個(gè)已調(diào)制復(fù)合擴(kuò)展頻譜信號(hào)通過(guò)雙工器721到達(dá)天線727。
天線727也接收從基站發(fā)射的復(fù)合擴(kuò)展頻譜信號(hào)。這個(gè)信號(hào)通過(guò)使它與發(fā)射信號(hào)隔絕的雙工器721，并在功率分配器722中被分離為一個(gè)導(dǎo)頻信道和一個(gè)數(shù)據(jù)信道。導(dǎo)頻信道可以使用三個(gè)不同的相關(guān)器跟蹤載波和擴(kuò)展碼；這三個(gè)相關(guān)器是由乘法器/相關(guān)器726，728，729加上積分器/帶通濾波器754，756，757構(gòu)成的。延遲鎖定環(huán)751跟蹤輸入代碼的相位，并且使由本地產(chǎn)生的正交和類噪聲碼模2相加生成的本地導(dǎo)頻碼與基站發(fā)射的復(fù)合擴(kuò)展頻譜信號(hào)保持同步。在乘法器/相關(guān)器726，728，729中將本地導(dǎo)頻碼與輸入的復(fù)合擴(kuò)展信號(hào)相乘。延遲元件752以適當(dāng)?shù)姆绞窖舆t輸入到乘法器/相關(guān)器726，728，729的參考導(dǎo)頻，使得分別產(chǎn)生參考導(dǎo)頻的一個(gè)準(zhǔn)時(shí)、一個(gè)超前和一個(gè)滯后信號(hào)。延遲鎖定環(huán)751使用由乘法器/相關(guān)器728，729分別相乘的超前和滯后信號(hào)跟蹤輸入信號(hào)。當(dāng)代碼與來(lái)自功率分配器的對(duì)三個(gè)乘法器/相關(guān)器726，728，729的輸入信號(hào)進(jìn)行相位對(duì)準(zhǔn)時(shí)，在每個(gè)乘法器/相關(guān)器726，728，729的輸出端出現(xiàn)一個(gè)最大信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)這樣被跟蹤時(shí)，延遲鎖定環(huán)751向模式控制和捕獲器件733發(fā)送一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)和一個(gè)捕獲信號(hào)。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，可以用任何等價(jià)的差錯(cuò)發(fā)生裝置來(lái)執(zhí)行延遲鎖定環(huán)的功能。
延遲元件752也提供由鎖相環(huán)振蕩器750使用的準(zhǔn)時(shí)路徑。鎖相環(huán)振蕩器750集中于相關(guān)峰值，和提供最大載波信號(hào)強(qiáng)度。數(shù)據(jù)信道延遲元件753也使數(shù)據(jù)信道具有與鎖相環(huán)路徑相同的對(duì)準(zhǔn)、準(zhǔn)時(shí)和最大載波強(qiáng)度。鎖相環(huán)振蕩器750向相干檢波器758和延遲鎖定環(huán)751提供相干載波參考。正交碼集發(fā)生器740向模2加法器715提供一個(gè)由基站通過(guò)處理器732分配的正交碼，在模2加法器715中正交碼與類噪聲碼發(fā)生器741的輸出組合，形成本地?cái)?shù)據(jù)擴(kuò)展頻譜參考信號(hào)。由于基站導(dǎo)頻碼和用戶數(shù)據(jù)碼信道被同步并在相同的RF載波上發(fā)射，在捕獲后本地碼的相位和導(dǎo)頻信道的載波相位可以被用作解調(diào)用戶數(shù)據(jù)信道。延遲元件753延遲來(lái)自加法器715的參考信號(hào)，并且在乘法器/相關(guān)器725中與輸入的接收組合擴(kuò)展頻譜信號(hào)相乘，以相關(guān)出用戶數(shù)據(jù)信道。在帶通濾波器755中積分乘法器/相關(guān)器725的輸出，以使信息信道到達(dá)相干檢波器758檢測(cè)所用的相關(guān)峰值。積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路760在信息比特周期積分相干檢波器758的輸出。積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路760在位同步器759確定的時(shí)刻對(duì)輸出進(jìn)行抽樣。使位同步器759與正交碼集發(fā)生器740同步，因而當(dāng)代碼被同步時(shí)，數(shù)據(jù)位也自動(dòng)地同步。發(fā)生這種情況是由于基站發(fā)射機(jī)中的數(shù)據(jù)也與基站正交碼發(fā)生器同步。輸出信號(hào)775是用特定信道附加數(shù)據(jù)多路復(fù)用的用戶數(shù)據(jù)，特定信道附加數(shù)據(jù)是未示出的多路分解器從數(shù)據(jù)信號(hào)中分離出來(lái)，并發(fā)送到處理器732。這種附加數(shù)據(jù)包括功率控制消息，代碼相位對(duì)準(zhǔn)消息，模式改變消息，等等。這些消息通過(guò)處理器輸入/輸出端口771輸入處理器。
正交碼集發(fā)生器740與正交碼集發(fā)生器702相同，并且類噪聲碼發(fā)生器741與類噪聲碼發(fā)生器703相同。正交碼集發(fā)生器740和類噪聲碼發(fā)生器741由模式控制和捕獲器件733計(jì)時(shí)。在捕獲前，模式控制和捕獲器件733用一個(gè)穩(wěn)定的內(nèi)部時(shí)鐘向代碼發(fā)生器提供定時(shí)；在捕獲后，PLL振蕩器750從屬于從延遲鎖定環(huán)751導(dǎo)出的時(shí)鐘。時(shí)鐘脈沖發(fā)生器730也從屬于模式控制和捕獲器件733的輸出。
如圖8中所示，根據(jù)本發(fā)明的基站包括基站天線827，用戶數(shù)據(jù)源800，導(dǎo)頻數(shù)據(jù)源801，正交碼集發(fā)生器802，840，類噪聲碼發(fā)生器803，841，八個(gè)模2加法器810-818，信號(hào)組合器816，射頻轉(zhuǎn)換器/調(diào)制器820，時(shí)鐘脈沖發(fā)生器830，距離延遲器件834，處理器832，控制器836，代碼相位調(diào)節(jié)器831，模式控制和捕獲器件833，四個(gè)帶通濾波器854，855，856，857，位同步器859，相干檢波器858，積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路860，延遲鎖定環(huán)851，延遲元件852，853，四個(gè)倍增相關(guān)器825，826，828，829，鎖相環(huán)振蕩器850，功率分配器822，多路耦合器821，和載波發(fā)生器819。圖8也示出了處理器輸入/輸出端口871，用戶數(shù)據(jù)輸入端口870，用戶數(shù)據(jù)輸出端口875，和射頻輸入/輸出端口873。
圖8是展示本發(fā)明特征的基站的說(shuō)明圖。圖8的基站與圖7的移動(dòng)終端之間有許多類似性。在下面的討論中，重點(diǎn)說(shuō)明基站與移動(dòng)終端之間的不同之處。
在圖8中，有三個(gè)數(shù)據(jù)源。除了如圖7中所示的用戶數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻數(shù)據(jù)之外，需要有發(fā)射到連接于基站的所有用戶的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。這種類型的數(shù)據(jù)包括一般系統(tǒng)參數(shù)，尋呼信息，系統(tǒng)同步標(biāo)記，控制信息和信道分配。許多這樣的系統(tǒng)信息始發(fā)于網(wǎng)絡(luò)中心控制器，并通過(guò)陸地線路被發(fā)送到適配于各個(gè)蜂窩的基站控制器836。處理器832與控制器836協(xié)同工作，把這些消息接入到基站中。這是一般廣播的信息，因而在把它們分配給專用信道之前所有用戶都能接收到它。
在移動(dòng)終端在分配的信道上操作時(shí)發(fā)送到特定用戶的系統(tǒng)信息被輸入到在輸入端口870的用戶數(shù)據(jù)裝置，并且與用戶數(shù)據(jù)多路復(fù)用。在加法器817中，系統(tǒng)數(shù)據(jù)還被用正交碼集發(fā)生器802產(chǎn)生的唯一的正交碼擴(kuò)展，并且在加法器818中加上一個(gè)附加類噪聲PN碼而進(jìn)一步隨機(jī)化。類噪聲PN碼是由類噪聲碼發(fā)生器803產(chǎn)生的。
可以有數(shù)個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信道，每個(gè)用一個(gè)唯一的正交碼擴(kuò)展，但是所有信道使用相同的類噪聲PN碼。把相同的類噪聲PN碼加到包括所有數(shù)據(jù)信道、所有系統(tǒng)信道和導(dǎo)頻信道的所有信道上。僅有一個(gè)導(dǎo)頻信道，并且它使用唯一正交碼中的一個(gè)，通常是全部為0的代碼。這表明類噪聲PN碼基本上是導(dǎo)頻碼，但是它也是所有其它代碼的一個(gè)分量。前向鏈路上的導(dǎo)頻的概念是被普遍接受了的，并且記載在現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)中；見(jiàn)第5,228,056號(hào)美國(guó)專利；第5,420,896號(hào)美國(guó)專利；第5,103,459號(hào)美國(guó)專利和第5,416,797號(hào)美國(guó)專利。還有幾種產(chǎn)生用于不同基站的不同導(dǎo)頻的裝置，包括故意地引入固定代碼相移；見(jiàn)第5,103,459號(hào)美國(guó)專利和第5,416,797號(hào)美國(guó)專利。
為了說(shuō)明的目的，圖8僅示出了一個(gè)用戶數(shù)據(jù)源800，但是一般會(huì)有許多的用戶數(shù)據(jù)源或信道，每個(gè)當(dāng)前用戶一個(gè)。將給每個(gè)當(dāng)前用戶分配一個(gè)唯一的正交碼，并且每個(gè)當(dāng)前用戶將使用相同的類噪聲PN碼。因此，至組合器816的輸入一般將包括許多用戶數(shù)據(jù)信道，數(shù)個(gè)系統(tǒng)信道，和一個(gè)導(dǎo)頻信道。組合器816的輸出是一個(gè)復(fù)合擴(kuò)展頻譜信號(hào)，在轉(zhuǎn)換器/調(diào)制器820中將其在載波WC上調(diào)制。通過(guò)多路耦合器821把已調(diào)制復(fù)合擴(kuò)展頻譜信號(hào)傳送到基站天線827。多路耦合器821不僅像在移動(dòng)終端中所做的提供發(fā)射和接收信號(hào)之間的隔絕，而且也必須使多個(gè)發(fā)射信號(hào)相互隔絕。一種可選的方法是組合低功率電平信號(hào)，并在最后階段中使用線性放大器。
時(shí)鐘脈沖發(fā)生器830是從一個(gè)穩(wěn)定的振蕩器取得的，并且是整個(gè)蜂窩的基本時(shí)鐘。在整個(gè)系統(tǒng)中保持絕對(duì)時(shí)間。在所有基站的這個(gè)絕對(duì)時(shí)間使得移動(dòng)終端能夠確定到幾個(gè)基站的絕對(duì)時(shí)間延遲，從而導(dǎo)致精確的地理位置確定。時(shí)鐘脈沖發(fā)生器830為正交碼發(fā)生器802和類噪聲碼發(fā)生器803提供時(shí)鐘。它在反向鏈路以正交碼模式操作時(shí)還為正交碼發(fā)生器840和類噪聲碼發(fā)生器841提供時(shí)鐘。當(dāng)接收機(jī)不在正交碼模式操作，并且它已經(jīng)捕獲了一個(gè)分配的用戶信號(hào)時(shí)，正交碼發(fā)生器840和類噪聲碼發(fā)生器841使用延遲鎖定環(huán)851產(chǎn)生的時(shí)鐘作為它們的時(shí)鐘源。
當(dāng)導(dǎo)頻接收信道已經(jīng)在反向鏈路上捕獲了用戶導(dǎo)頻信號(hào)，并且延遲鎖定環(huán)851正在跟蹤輸入導(dǎo)頻信號(hào)時(shí)，由正交碼集發(fā)生器840和類噪聲碼發(fā)生器841的輸出在加法器814中相加產(chǎn)生的參考導(dǎo)頻碼與來(lái)自用戶的導(dǎo)頻信號(hào)完全同步。在發(fā)生這種狀態(tài)時(shí)，加法器814的輸出被距離延遲器件834接受，并且把這個(gè)導(dǎo)頻碼的相位與從加法器813的輸出獲得的基站導(dǎo)頻碼的相位比較。在處理器832的協(xié)助下，距離延遲器件834計(jì)算兩個(gè)信號(hào)之間的相位差，并把這個(gè)值存入處理器832中的存儲(chǔ)器。還把往返行程延遲值通過(guò)用戶數(shù)據(jù)源800的輸入端口870傳送給正在發(fā)射用戶導(dǎo)頻信號(hào)的移動(dòng)終端，或作為分配信道建立命令的一部分。
當(dāng)移動(dòng)終端在導(dǎo)頻測(cè)距正交操作模式時(shí)，基站發(fā)送用戶終端測(cè)距信息，用戶終端以正交模式在返回鏈路上發(fā)回用戶數(shù)據(jù)。在導(dǎo)頻信道距離測(cè)量和為在正交信道上取得最大噪聲降低的正確相位之間可能有小的固定偏差。為了消除這個(gè)偏差，處理器832向移動(dòng)終端發(fā)送命令，以一個(gè)碼片的幾分之一，例如，八分之一，十分之一，或十六分之一，移動(dòng)用戶導(dǎo)頻和用戶數(shù)據(jù)信道之間的相位關(guān)系，與此同時(shí)處理器832觀察積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路860的輸出電平。當(dāng)觀察到峰值輸出信號(hào)電平時(shí)，鎖定該偏差并保持之。這個(gè)處理校準(zhǔn)了用戶導(dǎo)頻與用戶數(shù)據(jù)信道之間的關(guān)系。一旦達(dá)到最優(yōu)結(jié)果，在正常傳輸過(guò)程中不再使這種關(guān)系有顯著的改變。在一段固定時(shí)間間隔之后總是可以對(duì)它進(jìn)行重建。
當(dāng)移動(dòng)終端在也發(fā)射與用戶數(shù)據(jù)信道同步的正交導(dǎo)頻的模式中時(shí)，延遲鎖定環(huán)851差錯(cuò)電壓被送到處理器832，分析和用預(yù)定的分量補(bǔ)償，并且發(fā)射到移動(dòng)終端，用于改正移動(dòng)終端發(fā)回的復(fù)合信號(hào)的相位。由于差錯(cuò)是在基站檢測(cè)的，而改正是在移動(dòng)站進(jìn)行的，在環(huán)路中存在固有的延遲。但是，與用戶的正常移動(dòng)相比這種延遲很小，并且由于用戶的移動(dòng)一般不會(huì)迅速地改變方向，因而可以根據(jù)最后的測(cè)量作出預(yù)測(cè)。如果路徑長(zhǎng)度有數(shù)個(gè)碼片的突然跳躍，那么命令移動(dòng)終端返回到先前的模式，使用測(cè)距信息重新捕獲。這只是在一個(gè)強(qiáng)一次多徑輻射迅速衰落并且沒(méi)有現(xiàn)存的二次射線，但在一次射線消失后馬上出現(xiàn)一個(gè)新的二次射線的情況下才發(fā)生。
因此，根據(jù)本發(fā)明，基站接收機(jī)可以在四種模式之一中接收來(lái)自移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)。第一種模式使移動(dòng)終端能夠在反向鏈路上發(fā)送與基站不同步的獨(dú)立的用戶導(dǎo)頻，并且用戶數(shù)據(jù)信道與這個(gè)獨(dú)立的用戶導(dǎo)頻同步。第二種模式要求用戶終端使它的用戶導(dǎo)頻從屬于它從基站接收的導(dǎo)頻，并且用戶數(shù)據(jù)信道與這個(gè)從屬的用戶導(dǎo)頻同步。第二種模式使得用戶終端能夠接收用于地理定位和迅速重新捕獲目的的往返行程延遲信息。第三種模式像模式2的情況一樣要求用戶終端使它的用戶導(dǎo)頻從屬于輸入基站導(dǎo)頻，但用戶數(shù)據(jù)信道在使用從基站接收的測(cè)距信息的正交模式下操作。校準(zhǔn)了用戶導(dǎo)頻信道與用戶數(shù)據(jù)信道之間的相位關(guān)系；以上說(shuō)明了一種技術(shù)，但是熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道有許多其它的技術(shù)。用戶導(dǎo)頻載波也是用于用戶數(shù)據(jù)信道的載波，并且可以用作檢測(cè)用戶數(shù)據(jù)信道的載波參考。第四種模式使用模式3的從屬導(dǎo)頻方式進(jìn)行捕獲，但是，在捕獲后，移動(dòng)用戶導(dǎo)頻碼的相位使其與用戶數(shù)據(jù)信道同步，因此也使導(dǎo)頻成為一個(gè)正交信道。這意味著在蜂窩內(nèi)導(dǎo)頻不再對(duì)用戶數(shù)據(jù)信道造成干擾，并且可以在更高的功率電平發(fā)射。
本發(fā)明可以進(jìn)一步包括一種用于通過(guò)雙工無(wú)線信道從移動(dòng)終端向基站傳送遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)的擴(kuò)展頻譜CDMA蜂窩無(wú)線通信方法。該方法包括在返回鏈路上使用導(dǎo)頻以在基站天線取得正交性。
該方法包括使用偽噪聲碼擴(kuò)展頻譜處理遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)，產(chǎn)生遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)，和組合遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)與擴(kuò)展頻譜處理的遠(yuǎn)端消息數(shù)據(jù)以產(chǎn)生遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)等步驟。遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)包含遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。
該方法接著包括步驟在雙工無(wú)線信道的反向信道上從移動(dòng)終端向基站發(fā)射遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)；基站接收遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)，并將遠(yuǎn)端CDMA信號(hào)分離為導(dǎo)頻信道和數(shù)據(jù)信道。該方法接著包括步驟產(chǎn)生基站導(dǎo)頻信號(hào)和產(chǎn)生基站導(dǎo)頻參考信號(hào)；分離并延遲基站導(dǎo)頻參考信號(hào)，以產(chǎn)生基站導(dǎo)頻參考信號(hào)的一個(gè)準(zhǔn)時(shí)信號(hào)，基站導(dǎo)頻參考信號(hào)的一個(gè)超前信號(hào)，和基站導(dǎo)頻參考信號(hào)的一個(gè)滯后信號(hào)；使用基站導(dǎo)頻參考信號(hào)的準(zhǔn)時(shí)、超前和滯后信號(hào)分別相關(guān)出遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)的一個(gè)準(zhǔn)時(shí)、一個(gè)超前、和一個(gè)滯后信號(hào)。
該方法接下來(lái)包括步驟產(chǎn)生基站數(shù)據(jù)參考信號(hào)和利用基站數(shù)據(jù)參考信號(hào)相關(guān)出數(shù)據(jù)信號(hào)；跟蹤遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)的相位，并響應(yīng)遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)中的峰值輸出一個(gè)表明遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)與基站導(dǎo)頻參考信號(hào)同步的捕獲信號(hào)；響應(yīng)捕獲信號(hào)，可以移動(dòng)遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)的相位使其與數(shù)據(jù)信號(hào)同步。也可以使遠(yuǎn)端導(dǎo)頻信號(hào)從屬于基站導(dǎo)頻信號(hào)。
該方法接下來(lái)包括步驟響應(yīng)捕獲信號(hào)，測(cè)量基站導(dǎo)頻信號(hào)與基站導(dǎo)頻參考信號(hào)之間的代碼相位差以確定移動(dòng)終端與基站之間距離；把該距離發(fā)射到移動(dòng)終端，響應(yīng)該距離，移動(dòng)終端調(diào)節(jié)偽噪聲碼的相位，從而調(diào)節(jié)了數(shù)據(jù)信號(hào)到達(dá)基站的時(shí)間并且獲得了在基站的正交性。
熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，可以對(duì)本發(fā)明的擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)和方法進(jìn)行各種修改而不脫離本發(fā)明的范圍或精神，并且本發(fā)明意圖包括對(duì)這里說(shuō)明的擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)和方法的修改和改變，只要它們?cè)诟綄贆?quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于無(wú)線CDMA通信系統(tǒng)中的移動(dòng)終端，所述無(wú)線CDMA通信系統(tǒng)具有多個(gè)基站，每一個(gè)基站發(fā)射一個(gè)具有相關(guān)碼的第一擴(kuò)頻信號(hào)，所述移動(dòng)終端包括用于在所述移動(dòng)終端接收第一擴(kuò)頻信號(hào)的裝置；用于針對(duì)所接收的每一個(gè)第一擴(kuò)頻信號(hào)發(fā)射第二擴(kuò)頻信號(hào)的裝置，所述第二擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)碼與從所接收的所述第一擴(kuò)頻信號(hào)在時(shí)序上同步化，從而致能各基站以做出延遲決定，其中所述第二擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)碼與從所接收的所述第一擴(kuò)頻信號(hào)的同步化是經(jīng)由利用所述第一擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)碼來(lái)解擴(kuò)展所接收的第一擴(kuò)頻信號(hào)，由延遲鎖相循環(huán)處理已經(jīng)解擴(kuò)展的所接收的第一擴(kuò)頻信號(hào)，以及調(diào)整用于解擴(kuò)展的第一擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)碼以及時(shí)鐘脈沖的時(shí)序，以響應(yīng)所述延遲鎖相循環(huán)，并調(diào)整所述第二擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)碼的時(shí)序，以響應(yīng)所調(diào)整的時(shí)鐘脈沖與第一擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)碼的時(shí)序；用于從每一個(gè)基站接收延遲決定的裝置；以及用于根據(jù)部分往返行程延遲信息決定所述移動(dòng)終端的地理位置的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的移動(dòng)終端，其中所述第一與第二擴(kuò)頻信號(hào)是導(dǎo)頻信號(hào)。
全文摘要
一種用于反向鏈路同步化的方法，其包含以反向鏈路方向自移動(dòng)終端傳送信號(hào)至基站，其中所述信號(hào)所使用的定時(shí)是根據(jù)以前向鏈路方向自該基站所接收的傳輸而設(shè)定；在該基站檢測(cè)所傳送的信號(hào)中的同步化序列；評(píng)估該所傳送信號(hào)的定時(shí)；以及根據(jù)所述評(píng)估發(fā)送定時(shí)調(diào)整信息至該移動(dòng)終端為同步化指令，該等同步化指令指示定時(shí)調(diào)整為碼片增加量的八分之一。
文檔編號(hào)H04J11/00GK1881857SQ20061009969
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期1998年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月28日
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