專利名稱:多個(gè)瑞克分支共享跟蹤裝置的碼分多址接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及估計(jì)多徑無線電信號(hào)傳輸延遲的一種方法和裝置,具體地說,涉及在采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)的通信系統(tǒng)中,用于跟蹤多徑信號(hào)延遲的一種方法和裝置。
背景技術(shù):
隨著無線電頻譜被用于商業(yè)以及蜂窩電話的普及,無線通信領(lǐng)域正在迅速發(fā)展。另外,目前的模擬通信正在向數(shù)字通信轉(zhuǎn)變。在數(shù)字通信中,語音用一系列的比特來表示;調(diào)制好以后,從發(fā)射機(jī)(例如基站)發(fā)射給接收機(jī)(比如移動(dòng)電話)。接收機(jī)對(duì)收到的波形進(jìn)行解調(diào),恢復(fù)這些比特,然后將它們轉(zhuǎn)換回語音。對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求也在增長,比方說電子郵件和因特網(wǎng)訪問,這些都需要數(shù)字通信。
有許多種數(shù)字通信系統(tǒng)。傳統(tǒng)的系統(tǒng)中,利用頻分多址(FDMA)將頻譜劃分成對(duì)應(yīng)于不同載頻的多個(gè)無線電頻道。這些載波可以進(jìn)一步地分成時(shí)隙,這種技術(shù)叫做時(shí)分多址(TDMA),就像D-AMPS、PDS和GSM數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中一樣。
如果無線電信道的頻帶足夠?qū)?,多個(gè)用戶就能利用擴(kuò)頻(SS)技術(shù)和碼分多址(CDMA)使用同一個(gè)頻道。IS-95和JSTD-008是CDMA標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)例。利用直接序列擴(kuò)頻(DS-SS),信息碼元用叫做碼片的碼元序列來表示。這樣做將信息碼元在頻帶上加以擴(kuò)展。在接收機(jī)那里,利用跟碼片序列的相關(guān)來恢復(fù)信息碼元。相關(guān)使得系統(tǒng)能夠工作在很低的碼片信噪比(SNR)上。通過選擇具有良好自相關(guān)和互相關(guān)特性的擴(kuò)頻碼,可以將不同用戶之間的串?dāng)_保持在很低的程度上,從而使多個(gè)用戶信號(hào)能夠在同一時(shí)刻占用同一頻帶。
無線電信號(hào)被各種物體反射和散射,導(dǎo)致多徑傳播。結(jié)果,信號(hào)的多個(gè)映像會(huì)到達(dá)接收天線。當(dāng)這些映像相對(duì)于碼片周期具有大致相同的延遲的時(shí)候,就會(huì)出現(xiàn)衰落現(xiàn)象。出現(xiàn)衰落是因?yàn)檫@些映像有時(shí)會(huì)相加,有時(shí)會(huì)相減。當(dāng)這些映像相對(duì)于碼片周期以不同的延遲時(shí)間到達(dá)的時(shí)候,可以將它們看成信號(hào)的回波,常常將它們叫做“可分辨多徑”、“射線”或者簡單地叫做“多徑”信號(hào)。
為了使通信有效和可靠,接收機(jī)通過收集不同路徑的信號(hào)能量,充分利用多徑衰落信道。這是用瑞克接收機(jī)來解決的,它利用相關(guān)方法檢測每個(gè)回波信號(hào),補(bǔ)償不同的延遲,并將檢測到的回波信號(hào)相干合并。瑞克接收機(jī)包括多個(gè)瑞克分支。利用延遲搜索器,接收機(jī)搜索多徑信號(hào)的延遲,為每一個(gè)瑞克分支分配一個(gè)延遲估計(jì)。然后,每個(gè)瑞克分支對(duì)每條路徑上具有相應(yīng)延遲的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)。通過將瑞克分支的輸出進(jìn)行加權(quán),然后加在一起,以瑞克方式將它們合并起來。
對(duì)于移動(dòng)通信,移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)會(huì)不斷地改變多徑延遲。為了保持性能,延遲估計(jì)過程必須能夠跟蹤多徑延遲。在傳統(tǒng)的跟蹤瑞克接收機(jī)里,瑞克接收機(jī)配備了相應(yīng)的跟蹤裝置,它們采用延遲跟蹤技術(shù),諸如早/晚門(ELG)和τ-抖動(dòng)技術(shù)。利用這些延遲跟蹤技術(shù),信號(hào)能量的測量比估計(jì)的延遲略微提前或者略微滯后。當(dāng)估計(jì)延遲正確的時(shí)候,早晚測量結(jié)果應(yīng)當(dāng)大致相同,因?yàn)榇a片脈沖波形在離開它的尖峰的時(shí)候會(huì)對(duì)稱地下降。檢測到不平衡的時(shí)候,調(diào)整延遲估計(jì),恢復(fù)平衡。
在基于DS-CDMA的系統(tǒng)里,ELG技術(shù)是用兩個(gè)獨(dú)立的相關(guān)接收機(jī)來實(shí)現(xiàn)的,一個(gè)早相關(guān)接收機(jī)和一個(gè)晚相關(guān)接收機(jī)。每個(gè)相關(guān)接收機(jī)都要用擴(kuò)頻碼,也叫做偽噪聲(PN),相對(duì)于瑞克分支使用的延遲估計(jì),將它們?cè)谡?fù)方向上偏移碼片周期Tc的一小部分k。為了調(diào)整路徑延遲變化,將早晚相關(guān)接收機(jī)估計(jì)出來的接收功率進(jìn)行比較,通常要經(jīng)過低通濾波,然后用于控制本地PN碼發(fā)生器的的相位。
如上所述,在傳統(tǒng)的CDMA接收機(jī)里,每個(gè)瑞克接收機(jī)都有一個(gè)專用跟蹤裝置。由于信號(hào)處理需要,為每個(gè)瑞克接收機(jī)都配置專用的跟蹤裝置明顯地增加了CDMA接收機(jī)硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。例如,為每個(gè)瑞克分支采用一個(gè)有兩個(gè)相關(guān)接收機(jī)的專用ELG,需要的ELG接收機(jī)是數(shù)據(jù)解調(diào)相關(guān)器接收機(jī)的2倍。除了硬件要求復(fù)雜以外,采用專用跟蹤裝置還增加了CDMA接收機(jī)的功耗。因此,需要降低采用跟蹤瑞克接收機(jī)的CDMA接收機(jī)的硬件復(fù)雜性和功耗。
發(fā)明簡述本發(fā)明通過在多個(gè)瑞克接收機(jī)之間共享一個(gè)跟蹤裝置,能夠降低CDMA接收機(jī)的硬件復(fù)雜性。本發(fā)明的CDMA接收機(jī)包括多個(gè)瑞克分支,用于對(duì)從相應(yīng)的多條路徑上收到的CDMA信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)。根據(jù)本發(fā)明,單獨(dú)一個(gè)跟蹤裝置被多個(gè)瑞克分支共享。這單獨(dú)一個(gè)跟蹤裝置跟蹤相應(yīng)路徑上收到的CDMA信號(hào)的延遲。本發(fā)明中跟蹤C(jī)DMA信號(hào)的方法將多個(gè)瑞克接收機(jī)從多條路徑上收到的信號(hào)跟對(duì)應(yīng)的本地PN碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算,并利用這多個(gè)瑞克分支共享的跟蹤裝置跟蹤接收信號(hào)。
附圖簡述
圖1是采用了本發(fā)明的通信系統(tǒng)的一個(gè)框圖。
圖2是本發(fā)明中基帶處理器的一個(gè)框圖。
發(fā)明詳述參考圖1,其中說明采用本發(fā)明的通信系統(tǒng)10的一個(gè)框圖。在本發(fā)明的這個(gè)示例性實(shí)施方案中是一個(gè)DS-SS通信系統(tǒng)的通信系統(tǒng)10,包括一個(gè)DS-SS發(fā)射機(jī)12,它通過具有假設(shè)條數(shù)(M)路徑的多徑衰落信道傳輸DS-SS信號(hào)14。有一個(gè)射頻部分18和一個(gè)基帶處理器20的接收機(jī)16接收這M條路徑上的DS-SS信號(hào)14。通過眾所周知的方式,射頻部分18將DS-SS信號(hào)14放大、濾波和混頻到基帶頻率,通常以0Hz為中心。下變頻以后的信號(hào)還要進(jìn)行采樣和量化,產(chǎn)生代表調(diào)制信號(hào)的數(shù)據(jù)樣本。例如,這個(gè)信號(hào)可以用采樣周期Tsamp進(jìn)行采樣,在每個(gè)碼片周期Tc中提供滿足接收機(jī)同步精度的預(yù)定個(gè)數(shù)的樣本。對(duì)于這一示例性的系統(tǒng)10,假設(shè)采樣率等于每個(gè)碼片n個(gè)樣本。
參考圖2,其中畫出了本發(fā)明中基帶處理器20的框圖。這個(gè)基帶處理器20包括一個(gè)延遲搜索器22、(L)多個(gè)瑞克分支24和一個(gè)跟蹤裝置26。應(yīng)當(dāng)指出,不要求瑞克分支的個(gè)數(shù)跟路徑數(shù)(M)一樣。如果L>M,就關(guān)閉L-M個(gè)分支。而如果L<M,就對(duì)信號(hào)最強(qiáng)的路徑上的信號(hào)進(jìn)行解調(diào),忽略剩下的M-L條路徑。在本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中,假設(shè)跟蹤裝置26是一個(gè)傳統(tǒng)的時(shí)間共享非相干雙相關(guān)器早晚門(ELG)跟蹤裝置。但是應(yīng)當(dāng)指出,本發(fā)明還能夠采用其它類型的跟蹤裝置,比方說時(shí)間共享的單相關(guān)器ELG(τ抖動(dòng)ELG)或者一個(gè)雙抖動(dòng)ELG。
在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案中,每個(gè)瑞克分支24都包括一個(gè)本地PN碼發(fā)生器28和一個(gè)延遲單元30,在搜索器分配的時(shí)間延遲信息的基礎(chǔ)之上修正要解調(diào)的路徑上的相對(duì)傳播延遲差。每個(gè)分支24還包括一個(gè)相關(guān)接收機(jī)32,它包括一個(gè)乘法器34和一個(gè)累加器36。每個(gè)分支24的PN碼發(fā)生器28,都將一個(gè)本地PN碼用于每個(gè)相關(guān)接收機(jī)32的相應(yīng)乘法器34。每個(gè)乘法器34都利用一個(gè)相應(yīng)的延遲單元30將本地PN碼跟代表數(shù)據(jù)樣本的碼片流相乘。每個(gè)相關(guān)器32的累加器36都通過相關(guān)運(yùn)算產(chǎn)生相應(yīng)的相關(guān)結(jié)果Rc,利用從相應(yīng)的多條路徑收到的DS-SS信號(hào)恢復(fù)用戶信息。加法器40將相關(guān)結(jié)果Rc加起來,供數(shù)字信號(hào)處理器42進(jìn)一步處理。
更具體地說,延遲搜索器22為多徑延遲進(jìn)行初始的粗略估計(jì),并將這些初始的延遲估計(jì)τ1,EST提供給延遲單元30。假設(shè)收到的DS-SS信號(hào)的延遲是τ1、τ2、……τL,延遲搜索器22為對(duì)應(yīng)于第1個(gè)信道路徑的第1個(gè)延遲單元30分配初始延遲估計(jì),τ1,EST,這里,l=1,2,……,L。隨后第1個(gè)相關(guān)接收機(jī)32在分配的延遲信息的基礎(chǔ)之上進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算,直到分配了一個(gè)新的延遲值或者被關(guān)閉。
每個(gè)瑞克分支都必須連續(xù)地跟蹤信道路徑中的一個(gè),也就是跟它同步。這意味著用于這一分支的本地解擴(kuò)碼跟這些信道路徑之一發(fā)射的擴(kuò)頻碼之間的偏差必須接近零。這樣,必須為每個(gè)瑞克分支提供多徑延遲。ELG跟蹤裝置26調(diào)整延遲搜索器22提供的多徑延遲估計(jì),繼續(xù)跟蹤這些延遲,將精確的延遲估計(jì)提供給瑞克分支24。
ELG跟蹤裝置26依賴于這樣一個(gè)事實(shí),那就是發(fā)射的擴(kuò)頻碼跟本地產(chǎn)生的PN碼之間的相關(guān)函數(shù)是對(duì)稱的。ELG跟蹤裝置26包括兩個(gè)獨(dú)立的相關(guān)接收機(jī)47,為每條路徑在本地PN碼跟接收到的DS-SS信號(hào)之間進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。跟瑞克分支的相關(guān)接收機(jī)32一樣,ELG跟蹤裝置中的每個(gè)相關(guān)接收機(jī)都包括一個(gè)延遲單元14、一個(gè)乘法器46和一個(gè)加法器48。為了跟蹤這些路徑,ELG跟蹤裝置的延遲單元利用早-晚延遲τ等于Tc/k的絕對(duì)值,這里k是一個(gè)整數(shù),是在接收器采樣率的基礎(chǔ)之上選出來的,也就是Tc/Tsamp,最好是在2到16的范圍之內(nèi)。一個(gè)ELG相關(guān)接收機(jī),一個(gè)早相關(guān)接收機(jī),利用一個(gè)延遲τ1=-Tc/k,而其它的晚相關(guān)接收機(jī),則利用延遲τ2=Tc/k。將早相關(guān)和晚相關(guān)的結(jié)果,Rδ1和Rδ2,進(jìn)行比較,以調(diào)整本地PN碼的相位或者估計(jì)延遲τ1,EST,收斂到正確的信道多徑延遲τexact。
跟每個(gè)瑞克分支24都采用專用ELG跟蹤裝置的傳統(tǒng)CDMA接收機(jī)不一樣,本發(fā)明在多個(gè)瑞克分支24之間共享單個(gè)ELG跟蹤裝置26,只使用一個(gè)ELG跟蹤裝置26。跟需要2*L個(gè)(或者在ELG和瑞克分支中總共3*L個(gè)相關(guān)接收機(jī))相關(guān)接收機(jī)用于跟蹤的傳統(tǒng)CDMA接收機(jī)相比,本發(fā)明中的CDMA接收機(jī)只需要兩個(gè)相關(guān)接收機(jī)用于跟蹤(或者在ELG和瑞克分支中總共L+2個(gè)相關(guān)接收機(jī))。本發(fā)明充分利用CDMA接收機(jī)那里選定路徑的信號(hào)到達(dá)時(shí)間(TOA)變化非常緩慢這一事實(shí)。例如,在以速度v行進(jìn)的移動(dòng)臺(tái)里,利用早-晚延遲τ=Tc/k,TOA會(huì)每個(gè)Ct/n秒改變一次,這里的C是光速。在k=8的IS95通信標(biāo)準(zhǔn)中,CDMA接收機(jī)采用1.2288Mcps的碼片速率,CDMA接收機(jī)以90公里每小時(shí)的速度行進(jìn),會(huì)導(dǎo)致TOA變化δ每60幀改變一次。因此,有選擇地將ELG跟蹤裝置跟每個(gè)瑞克分支24的連接調(diào)整在一個(gè)適當(dāng)?shù)乃俾噬?,本發(fā)明的CDMA接收機(jī)能夠有效地跟蹤路徑傳播延遲,而不要每個(gè)瑞克分支24都采用一個(gè)專用跟蹤裝置。
根據(jù)信道狀況,共享ELG跟蹤裝置26跟瑞克分支84的選擇速率或者連接方式可以是靜態(tài)、半靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)的。例如,如果跟規(guī)定的時(shí)間長度相比,比方說跟幀周期、時(shí)隙周期(部分幀周期)或者碼元周期相比,信道狀況改變得非常緩慢,就能夠根據(jù)前面介紹過的參數(shù),通過連續(xù)地掃描瑞克分支,安排這個(gè)ELG跟蹤裝置26以恒定的選擇速率跟每個(gè)瑞克分支24連接。但是,如果信道狀況不時(shí)地發(fā)生顯著的變化,共享的ELG跟蹤裝置26就能夠通過在已知或者被測信道統(tǒng)計(jì)特性的基礎(chǔ)之上,連續(xù)或者非連續(xù)地掃描瑞克分支24,以半靜態(tài)選擇速率跟瑞克分支24連接。
但如果信道特性未知,就可以利用動(dòng)態(tài)選擇和分配方式,選擇和分配共享的ELG跟蹤裝置26給瑞克分支。例如,選擇速率和共享ELG跟蹤裝置26分配給瑞克分支24的方式可以根據(jù)接收信號(hào)功率自適應(yīng)地加以確定。應(yīng)當(dāng)指出,根據(jù)動(dòng)態(tài)方案所需要的精度和自適應(yīng)速率,測量接收信號(hào)功率的方法可以不同。發(fā)射環(huán)境中需要快速適應(yīng)變化的時(shí)候,可以采用基于一個(gè)或者幾個(gè)碼元的接收信號(hào)功率測量。另一方面,需要更高精度的時(shí)候,接收信號(hào)功率測量可以基于多個(gè)碼元周期上獲得的平均信號(hào)功率,也就是說,是多個(gè)接收信號(hào)碼元功率的平均值。在基于需要的一種跟蹤方法中,如果在一個(gè)對(duì)應(yīng)的分支檢測到的接收信號(hào)功率電平低于一個(gè)固定值或者一個(gè)自適應(yīng)門限,就可以將共享的ELG跟蹤裝置26分配給瑞克分支24。
跟蹤裝置選擇控制器50有選擇地將ELG跟蹤裝置32跟瑞克分支24的每一個(gè)連接。在工作過程中,選擇控制器50將ELG裝置以預(yù)先確定的或者自適應(yīng)地設(shè)置的選擇速率,一個(gè)一個(gè)有選擇地跟瑞克分支24連接。更具體的說,對(duì)于每個(gè)瑞克分支24,選擇控制器50都將對(duì)應(yīng)的本地PN碼和相應(yīng)的同步信號(hào)跟ELG的輸入端連接選擇速率規(guī)定的一段時(shí)間。在每個(gè)選擇周期里,相應(yīng)的本地PN碼跟ELG延遲單元44連接,信號(hào)跟ELG乘法器46的輸入端連接。通過這種方式,ELG加法器48為被選的分支產(chǎn)生一個(gè)正確的結(jié)果。比較器52比較這些相關(guān)結(jié)果,并將比較結(jié)果提供給選擇控制器50。選擇控制器50將比較結(jié)果提供給所選瑞克分支的PN碼發(fā)生器,調(diào)整本地PN碼的相位?;蛘呖梢愿鶕?jù)比較結(jié)果調(diào)整延遲值τest。相關(guān)結(jié)果的迭代比較過程繼續(xù)下去,直到早相關(guān)接收機(jī)和晚相關(guān)接收機(jī)的相關(guān)結(jié)果相同。從早-晚相關(guān)接收機(jī)提取的信息跟解調(diào)接收機(jī)提供的解調(diào)信息,例如功率信息,一起,被用于跟蹤每條路徑。
通過以上描述可以看出,本發(fā)明能夠顯著地簡化CDMA接收機(jī)的硬件要求。減少CDMA接收機(jī)硬件復(fù)雜性還會(huì)降低它的功耗,而不會(huì)犧牲性能。在前面的說明中已經(jīng)介紹了本發(fā)明的原理、優(yōu)選實(shí)施方案和工作方式。但是,要保護(hù)的本發(fā)明并不能理解為僅限于這里公開的特定實(shí)施方案。此外,這里描述的實(shí)施方案僅僅是說明性的而不是限制性的。其它人可以進(jìn)行各種修改,而不會(huì)偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。例如,可以采用其它類型的跟蹤裝置,包括基于τ-抖動(dòng)、雙抖動(dòng)或者擴(kuò)展卡爾曼濾波器技術(shù)的那些。因此,落入本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的修改和等價(jià)方式都包括在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種CDMA接收機(jī),用于接收多徑信道上的CDMA信號(hào),包括多個(gè)瑞克分支,用于對(duì)收到的相應(yīng)多條路徑上的CDMA信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò);和一種跟蹤裝置,由多個(gè)瑞克分支共享,用于跟蹤通過相應(yīng)路徑收到的CDMA信號(hào)的延遲。
2.權(quán)利要求1的CDMA接收機(jī),其中的跟蹤裝置有選擇地跟多個(gè)瑞克分支中的每一個(gè)相連。
3.權(quán)利要求2的CDMA接收機(jī),其中的跟蹤裝置以恒定的速率跟多個(gè)瑞克分支連接。
4.權(quán)利要求2的CDMA接收機(jī),其中的跟蹤裝置以動(dòng)態(tài)速率跟多個(gè)瑞克分支連接,這個(gè)動(dòng)態(tài)速率取決于信道狀況。
5.權(quán)利要求4的CDMA接收機(jī),其中的選擇速率是在接收信號(hào)功率測量結(jié)果和預(yù)定門限的基礎(chǔ)之上確定的。
6.權(quán)利要求5的CDMA接收機(jī),其中的接收信號(hào)功率電平是對(duì)一個(gè)或者多個(gè)碼元進(jìn)行測量得到的。
7.權(quán)利要求5的CDMA接收機(jī),其中的接收信號(hào)功率是基于幾個(gè)碼元的平均值的。
8.權(quán)利要求3的CDMA接收機(jī),其中的恒定選擇速率是基于碼元、時(shí)隙或者幀周期之一的。
9.權(quán)利要求2的CDMA接收機(jī),其中的跟蹤裝置以半靜態(tài)速率跟多個(gè)瑞克分支連接,這個(gè)半靜態(tài)速率取決于改變了的信道統(tǒng)計(jì)特性。
10.權(quán)利要求1的CDMA接收機(jī),其中的跟蹤裝置是一個(gè)ELG跟蹤裝置。
11.權(quán)利要求1的CDMA接收機(jī),其中的跟蹤裝置是一個(gè)τ-抖動(dòng)跟蹤裝置。
12.跟蹤C(jī)DMA信號(hào)的一種方法,包括以下步驟用本地PN碼為多個(gè)瑞克分支上收到的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò);和用多個(gè)瑞克分支共享的單個(gè)跟蹤裝置跟蹤接收信號(hào)。
13.權(quán)利要求12的方法,其中的跟蹤裝置有選擇地跟多個(gè)瑞克分支中的每一個(gè)連接。
14.權(quán)利要求13的方法,其中的每個(gè)跟蹤裝置以一個(gè)選擇速率跟多個(gè)瑞克分支中的一個(gè)連接,這個(gè)選擇速率取決于信道狀況。
15.權(quán)利要求14的方法,其中的選擇速率是動(dòng)態(tài)的。
16.權(quán)利要求14的方法,其中的選擇速率是半靜態(tài)的。
17.權(quán)利要求14的方法,其中的選擇速率是靜態(tài)的。
18.權(quán)利要求12的方法,其中的跟蹤裝置是一個(gè)ELG跟蹤裝置。
19.權(quán)利要求12的方法,其中的跟蹤裝置是一個(gè)τ-抖動(dòng)跟蹤裝置。
全文摘要
一種CDMA接收機(jī),包括多個(gè)瑞克分支,用于對(duì)通過多條路徑收到的CDMA信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò),還包括一個(gè)跟蹤裝置,由這多個(gè)瑞克分支共享,用于跟蹤通過相應(yīng)路徑收到的CDMA信號(hào)的延遲。類似地,跟蹤C(jī)DMA信號(hào)的一種方法,用多個(gè)瑞克分支將本地PN碼跟收到的信號(hào)相關(guān),并用這多個(gè)瑞克分支共享的單個(gè)跟蹤裝置跟蹤接收信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B1/707GK1330812SQ9981214
公開日2002年1月9日 申請(qǐng)日期1999年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月13日
發(fā)明者G·克朗, P·康拉松 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司