專利名稱：通信系統(tǒng)中用跳頻控制信道工作的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用時分多址(TDMA)信號的通信系統(tǒng)，具體地說是涉及在通信系統(tǒng)中用跳頻控制信道工作的方法和裝置。
在TDMA通信系統(tǒng)如開放空間界面的全球移動通信系統(tǒng)(GSM)標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)副本可從歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會得到，ETST SecretariatB. P. 152F-06561，Vabonne Codex，F(xiàn)rance)中規(guī)定的歐洲數(shù)字蜂窩無線電話系統(tǒng)或其衍生系統(tǒng)如數(shù)字蜂窩系統(tǒng)1800MHz CDSS1800)中，通常在每個基站采用多個射頻頻率。每個頻率被時分為幀，每幀有幾個時隙。每個時隙可承辦特定基站和特定基站覆蓋區(qū)域內(nèi)的用戶單元(即移動通信單元)間的通信。
并且，TDMA通信系統(tǒng)的性能可通過將跳頻圖引入信號調(diào)制過程得到提高跳頻方式通過提供頻率分集來保持信道的完善性。這樣結(jié)合信道的編碼和交錯，就減輕了瑞利衰落效應(yīng)。此外，跳頻還是減少信道對同信道干擾和人為干擾(其實質(zhì)上是故意的或偶然的)的敏感性的重要對策。
跳頻包括在由代碼序列或圖形規(guī)定的圖形中以分立的增量改變特定信息信號的載波頻率。具體地說，是發(fā)射機按照代碼序列從一個頻率跳到另一頻率。跳頻通信系統(tǒng)可分為慢跳頻(SFH)和快跳頻(FFH)通信系統(tǒng)。在SFH通信系統(tǒng)中，代表數(shù)據(jù)位序列的幾個數(shù)據(jù)符號(如信息信號)在單次跳動中調(diào)制載波。但在FFH通信系統(tǒng)中，每個數(shù)據(jù)符號載波跳動多次。
在SFH通信系統(tǒng)中，多個通信信道是通過給每個特定信道分配寬頻帶和/或時隙的一部分來提供的。例如，特定信道中兩通信設(shè)備間的通信是通過使用頻率合成器在短時間內(nèi)在預(yù)定寬頻帶的特定部分產(chǎn)生一個載波實現(xiàn)的。頻率合成器用輸入跳頻碼確定在將要在其上發(fā)送載波的寬頻帶中的頻率集合內(nèi)的特定頻率。跳頻碼由跳頻碼發(fā)生器輸入到頻率合成器。跳頻碼發(fā)生器周期性地計時所通過的不同的轉(zhuǎn)變，使不同的或變化的跳頻碼輸出到頻率合成器。因而，當(dāng)跳頻碼發(fā)生器被周期計時時，載波頻率也這樣跳變或被再分配到寬頻帶的不同部分。
使用多個跳頻碼分配多個通信信道，以在同一時間內(nèi)將頻帶的各個部分指定給不同的信道。結(jié)果，所發(fā)送的信號是在信道的同一寬頻帶中，但在由獨有的跳頻碼指配的寬頻帶的獨有部分中。每個網(wǎng)孔或通信業(yè)務(wù)區(qū)的這些獨有的跳頻碼最好彼此正交以使跳頻碼間的互相關(guān)為零。
在GSM標(biāo)準(zhǔn)中，描述了用于時隙中跳頻通信信道的方案。如果實現(xiàn)這個方案，就可獲得顯著的性能改善。然而，在GSM系統(tǒng)中，控制信道沒有設(shè)計跳頻，因為該系統(tǒng)要被優(yōu)化以簡化用戶單元獲取通信系統(tǒng)。因此，為提供簡化的存取，控制信道以固定頻率發(fā)送，這樣其作用就象一信標(biāo)供用戶單元在獲得通信系統(tǒng)中使用(例如控制信道信標(biāo)用于調(diào)節(jié)頻率及將用戶單元時間對準(zhǔn)到通信系統(tǒng))。然而，這使控制信道易于遭受人為干擾和瑞利衰落。因此，就需要能提供控制信道跳頻、而同時仍允許移動單元獲得通信系統(tǒng)的方案。


圖1是說明根據(jù)本發(fā)明所述用于通信系統(tǒng)的用戶通信單元最佳實施例的框圖。
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明所述用于通信系統(tǒng)的基站通信單元最佳實施例的框圖。
圖3是說明根據(jù)本發(fā)明所述用于圖1或圖2所示通信單元的檢測器最佳實施例的框圖。
圖4和圖5是說明根據(jù)本發(fā)明所述用于其有跳頻控制信道的通信系統(tǒng)中的幀結(jié)構(gòu)的兩個不同最佳實施例的圖。
圖6、7和8是說明根據(jù)本發(fā)明所述用于獲得跳頻圖技術(shù)的三種不同的最佳實施例的流程圖。
圖9和10是說明根據(jù)本發(fā)明所述用于檢測同步信道時隙技術(shù)的兩種不同最佳實施技術(shù)的流程圖。
在當(dāng)前的GSM系統(tǒng)(其為非跳頻控制信道系統(tǒng))中，有兩種類型的控制信息用戶單元必須在用戶能接入信道前獲取。第一種信息是頻率校正信息。其被提供在頻率校正信道(FCCH)中。FCCH是周期性地插入某些幀的時隙中的純正弦波，其被通信單元用來將本機振蕩器校正到基站發(fā)射機頻率范圍內(nèi)。此外，這種頻率檢測還將提供到時隙結(jié)構(gòu)的粗略的時間校準(zhǔn)。這種信息提供在系統(tǒng)所用載波上，其中載波被時分為幀，每幀被分為幾個時隙。
第二種用戶單元為獲取通信系統(tǒng)所需的信息為同步信息。其提供在同步信道(SCH)中。SCH是周期性地插入某些幀的時隙。在SCH時隙中，通過使用特定的同步字來確定準(zhǔn)確的定時信息。SCH的同步字內(nèi)的訓(xùn)練序列相關(guān)峰的位置可用來產(chǎn)生對通信系統(tǒng)的定時，使其在符號周期內(nèi)。
由于由FCCH和SCH所傳輸?shù)男畔⒘亢艽?，故它們通常不在相同的時隙提供。而且，由于檢測FCCH和SCH所需的信號處理的復(fù)雜性，其通常也不在同一幀中提供。為將最小二頻譜(即信道使用率)用于控制信道(留盡可能多的頻譜給業(yè)務(wù)信道)，F(xiàn)CCH和SCH都在不同幀但在相同時隙(如時隙0)被周期性地發(fā)送。為實現(xiàn)這一點，在一幀(FN)中發(fā)送FCCH，在另一幀(FN+1)中發(fā)送SCH。一些幀可能沒有FCCH或沒有SCH，這樣可在通信系統(tǒng)中提供更多的控制信道。在GSM中，幀被分成幀陪集(co-set)，如圖4所示。該幀陪集由10幀構(gòu)成。在該實施例中，F(xiàn)CCH和SCH僅在陪集的一幀中被發(fā)送。
一旦通信單元得到FCCH和SCH信息，它就可通過其它的控制信道傳遞和接收信息，并接收其業(yè)務(wù)信道指配。這些其它的控制信道包括慢專用控制信道(SPCCH)、尋呼信道(PCH)、隨機存取信道(RACCH)、和/或存取許可信道(AGCH)，可被通信系統(tǒng)使用。這些控制信道中的一些僅用于上行鏈路(即用戶到基站通信單元)或下行鏈路(即基站到用戶通信單元)。
實際上，通信單元會掃描幾個頻率并在每個頻率測量品質(zhì)因數(shù)，如信號強度。接著，通信單元從最大信號強度到最小信號強度優(yōu)先化頻率(即最近的基站通信裝置將可能有最大信號強度)。然后通信單元將轉(zhuǎn)到具有最好品質(zhì)因數(shù)的頻率并從FCCH(幀F(xiàn)N，時隙O)獲得頻率校正、從SCH(幀F(xiàn)N+1、時隙0)獲得同步和跳頻圖。在非跳頻系統(tǒng)中，這樣做要花費兩幀來實現(xiàn)。
正如所指明的，以上描述是對非跳頻控制信道系統(tǒng)所作的。然而，GSM標(biāo)準(zhǔn)確定允許跳頻，但只對業(yè)務(wù)信道?？刂菩诺辣３衷诠潭l率。這是通過使某些頻率下一些幀的0時隙作控制信道來實現(xiàn)的。通信單元開始對業(yè)務(wù)信道跳頻所需的信息可在具有控制時隙兩連續(xù)幀(即FCCH和SCH)以及后來發(fā)送的有控制時隙的幀(即廣播控制信道)中得到。
當(dāng)控制信道也跳頻時，獲取過程就更困難。這將改變通信單元被要求預(yù)占一個單一頻率以獲得必要的控制信息的時間。在逐幀跳頻為基礎(chǔ)的跳頻控制信道系統(tǒng)中，F(xiàn)CCH將包含在某一頻率的幀F(xiàn)N中，而SCH將包含在另一頻率的下一幀F(xiàn)N+1中得到。這種過程的一個例子在1992年10月2日遞交的美國專利申請?zhí)?7/955793的相關(guān)發(fā)明中有描述。
以上提到的實施方案帶來的問題是當(dāng)用戶單元沒有事先具備頻率在其范圍內(nèi)跳變的序列時，其不知道在檢測到FCCH后，SCH將位于什么頻率。此外，另一問題是在存在干擾通信系統(tǒng)的干擾機時。不能希望使所有的通信單元事先知道頻率跳動的序列。在這樣的系統(tǒng)中，干擾機將試圖接入通信單元正使用的頻率(例如載有SCH和/或FCCH的頻率)并放出該頻率的噪聲以使用戶通信單元不能恢復(fù)所發(fā)送信號。
對干擾機來說，通過干擾控制信號來阻止通信單元接入系統(tǒng)是很容易的。在干擾信號時，干擾機很難識別業(yè)務(wù)信道中發(fā)送的隨機數(shù)據(jù)位。雖然要識別SCH的同步字稍微容易一些，但這僅是該時隙的一小部分并且及時識別以進行干擾也同樣困難。這就剩下FCCH，如前所述其為一純正弦波時隙。干擾機能探測到該時隙;銷定到該頻率;然后開始干擾信號?？梢约皶r做到這一點來干擾SCH并阻止通信單元獲取跳頻圖。這實際上將通信單元與系統(tǒng)隔斷。
本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)設(shè)計以及相關(guān)的實現(xiàn)該設(shè)計的通信單元(基站和用戶)。該設(shè)計提上了幾種上面提到的方案，包括用戶事先不知道跳頻序列和干擾的情況。
根據(jù)本發(fā)明所述，提出了兩個可供選擇的跳頻控制信道解決方案。對這些方案來說，除同步字外，SCH還給通信裝置提供跳頻圖或擴展碼。該碼可能是具體的跳頻圖或是跳頻圖的識別碼。而后通信單元用識別碼產(chǎn)生跳頻圖。在第一種方案中(如圖4所示)，SCH被置于FCCH前的一個時隙中。因為干擾機另尋打FCCH，所以圖4中的結(jié)構(gòu)將使通信單元能夠在干擾開始前接收SCH。并且，在干擾開始前可得到足夠的FCCH信號來使通信單元能夠相應(yīng)地調(diào)節(jié)其頻率。在這個方案中，當(dāng)發(fā)送FCCH時，SCH已被接收并安全地存放在接收緩沖器中。這樣一來，干擾信號(如人工干擾信號)將不再有效。由于干擾機不知道在哪可找到跳頻序列的下個頻率，所以通信單元就能獲得業(yè)務(wù)信道并進行通信。
要實現(xiàn)第一方案就需要存放SCH的緩沖器。并且，頻率基準(zhǔn)源(即本機振蕩器)在FCCH檢測中必須被精確地校正以便可對所存放的SCH的樣本進行頻率校正。例如，如果所緩存的SCH樣本為rn，那么對假定的頻率誤差，樣本(rn)必須校正為頻率校正的樣本 -rne-j2π△fnTs。其中rn為存放在緩沖器中的原始樣本。是頻率校正的樣本，△f是頻率校正項，Ts是采樣間隔。
在第二種跳頻控制信道解決方案中(如圖5所示)，SCH和FCCH在同一幀，但被幾個中間時隙分隔開來。這個解決方法的優(yōu)點在于如果GSM接收機已經(jīng)能夠在7個時間內(nèi)接收并處理兩個時隙(通常其必須在至少8個時隙內(nèi)接收兩個時隙)，那么就不需要對通信單元作額外的硬件再設(shè)計。不象第一種解決方法，在第二種方法中只使用用在已知GSM接收機中的同一時隙緩沖器。只需要實現(xiàn)慢跳頻(即逐幀地改變頻率合成器的輸出)的軟件。和第一種方法一樣，第二種解決方法在減輕或消除獲取系統(tǒng)時幾種干擾的效應(yīng)方面還是有用的。除人為干擾外，這些干擾包括同信道干擾，共站干擾，太陽黑子及其它類型的間歇干擾(例如，點對點通信)。
根據(jù)第二種跳頻控制信道解決方案所述(如圖5所示)，在一幀的第一時隙發(fā)送FCCH(如幀F(xiàn)N的時隙0)，而在同一幀的第八時隙發(fā)送SCH(如幀F(xiàn)N的時隙7)。根據(jù)第二種解決方法工作的通信單元將以與上述第一種解決方法案基本相同的方式工作，但不需要兩時隙緩存機構(gòu)(即存儲裝置)。通信單元可從一幀的第一時隙的數(shù)據(jù)樣本中檢測出FCCH，計算頻率校正項，按頻率校正項調(diào)節(jié)本機振蕩器，清除存放這些數(shù)據(jù)樣本的緩沖器，然后準(zhǔn)備從同一幀的第八時隙的數(shù)據(jù)樣本檢測SCH。這對大多類型的干擾都起作用，除故意的人為干擾。
應(yīng)當(dāng)注意，F(xiàn)CCH的位置可用作指示SCH位置的信息。例如，如果根據(jù)第一種跳頻控制信道解決方案，F(xiàn)CCH在一幀的第二時隙被接收，那么SCH就位于同一幀內(nèi)一個較早發(fā)送的時隙中。同樣地，如果根據(jù)第二種跳頻控制信道解決方案，F(xiàn)CCH在一幀的第一時隙被接收，那么SCH就位于同一幀的一個稍后發(fā)送的時隙中。
根據(jù)本發(fā)明所述獲得跳頻圖的三種不同的最佳實施方法在圖6、7和8中說明。在每種方法中，數(shù)據(jù)樣本(即，位)從SCH被接收(402步)。接下來，根據(jù)三種不同方法中的一種選擇預(yù)定跳頻圖。
第一種方法包括用同步信道時隙數(shù)據(jù)位尋址跳頻圖查找表(412步)，然后從該查閱表檢索特定的被尋址的跳頻圖(414步)。第二種方法包括在預(yù)定的跳頻圖內(nèi)得出下一幀的載波頻率(420步)。然后，從隨后的一幀或多幀中檢索跳頻圖(422步)。最后，第三種方法包括直接得到作為同步信道時隙數(shù)據(jù)位函數(shù)的跳頻圖(404步)(如，接下來的幀由數(shù)據(jù)位指出)。
第三種方法的一個實施方式是得出作為幀號的函數(shù)的跳頻圖。時分多址幀號最初可通過從同步信道時隙數(shù)據(jù)位確定時分多址幀號來獲得?；蛘撸瑫r分多址幀號最初可通過從同步信道時隙數(shù)據(jù)位確定“簡約”(reduced)時分多址幀號來獲得。該“簡約”時分多址幀號標(biāo)識了一個時分多址幀陪集，其包括該時分多址幀陪集的一個預(yù)定時分多址幀內(nèi)的單個的同步信道時隙。接下來，根據(jù)確定的簡約幀號和幀陪集的預(yù)定幀確定幀號。一旦獲得時分多址幀號，就可通過使用所獲得的幀號從跳頻圖查找表檢索特定的跳頻圖來確定預(yù)定跳頻圖。或者，可直接從獲得的時分多址幀號確定跳頻圖。
現(xiàn)參考圖2，給出的是用于根據(jù)本發(fā)明所述的慢跳頻通信系統(tǒng)的基站通信單元200的最佳實施例。信息位102被輸入到基站200的發(fā)送部分。本技術(shù)領(lǐng)域的那些技術(shù)人員應(yīng)該知道，信息位102可包括數(shù)字化的聲音、數(shù)據(jù)、或其組合。信息位102被輸入到將入站信息位102分成在一幀結(jié)構(gòu)內(nèi)的各時隙中作為一組發(fā)送的分立組的成幀裝置104。幀結(jié)構(gòu)最好部分地從來自基站200接收部分的同步信號146得出。
在另一實施例中，基站200可使用另一種同步信號149。同步信號149為全球定位衛(wèi)星(GPS)接收機150通過天線152經(jīng)通信信道154從一個或更多衛(wèi)星156接收的GPS信息的函數(shù)。本技術(shù)領(lǐng)域的那些技術(shù)人員應(yīng)該知道，GPS接收機150的操作在本領(lǐng)域眾所周知。
同步信號146或149被成幀裝置104用來使本機振蕩器141與通信系統(tǒng)同步。本機振蕩器141給成幀裝置104提供時鐘信號，成幀裝置104根據(jù)時鐘信號再將入站信息位102分組。這些信息位102可包括要通過一個或多個控制及業(yè)務(wù)信道發(fā)送的信息(如，在基站通信裝置中，幾個信息源被成幀裝置104一起多路復(fù)用成幀以便每個時隙攜帶各自來自幾個信息源的各控制及業(yè)務(wù)信道的信息)。
在最佳實施例中，信息位102包括用戶通信單元100(示于圖1)最初用來與SFH通信系統(tǒng)同步、保持同步及獲得系統(tǒng)信息的控制信息。該控制信息包括至少一個頻率校正信道(FCCH)和一同步信道(SCH)。這兩個“邏輯”信道(如圖4和圖5所示)在一個“物理”。信道上復(fù)用以便其在相同的頻率和幀中被發(fā)送。在最佳實施例中，如圖4所示，SCH在一幀的時隙0中被發(fā)送，而FCCH在同一幀的時隙1中被發(fā)送。在另一個實施例中，如圖5所示，F(xiàn)CCH在一幀的時隙0被發(fā)送，而SCH在同一幀的時隙7被發(fā)送。
要發(fā)送的幀由成幀裝置104在邏輯上分組成幀陪集以使FCCH和SCH只在幀陪集的一幀中被發(fā)送。在一最佳實施例中，幀陪集由10幀構(gòu)成，以使FCCH和SCH大約每10幀被發(fā)送一次(即，在51幀的多幀結(jié)構(gòu)中為5次)。在該系統(tǒng)中，SCH包括規(guī)定哪個陪集(即陪集號)正被接收的“簡約”幀號。接著，通過事先了解的SCH在該陪集內(nèi)特定幀(如干幀中的第二幀)中被發(fā)送的情況來計算“全”幀號。因此，在這個例子中，幀號是陪集號加兩幀。本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員應(yīng)該知道，其它類型的控制信息也可插入信息位102。
一旦要發(fā)送的信息位102被組織好，就用跳頻圖發(fā)生器114從一組跳頻圖中產(chǎn)生至少多個跳頻圖中的一個。跳頻圖發(fā)生器114通過同步信號146或149周期性地計時不同的轉(zhuǎn)變從而使不同的或變化的跳頻圖被輸出到頻率合成器116。
頻率合成器116在很短時間內(nèi)在寬頻帶的特定窄帶上產(chǎn)生載波。頻率合成器116產(chǎn)生的特定窄帶是按跳頻圖的規(guī)定從多個窄帶中選擇的。由于跳頻圖發(fā)生器114被周期性地計時，于是載波頻率也通過頻率合成器116周期性地跳到頻帶的不同部分。
跳頻載波被輸入到調(diào)制器106。調(diào)制器106用成幀裝置104輸出的成幀信息位調(diào)制載波。本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員應(yīng)該知道，調(diào)制器106可用幾種調(diào)制技術(shù)中任一種調(diào)制載波而不脫離本發(fā)明的范圍和精神，如頻移鍵控(FSK)，最小頻移鍵控(MSK)，高斯濾波最小頻移鍵控(GFSK)，或包括其任何衍生技術(shù)如二進制或正交相移鍵控(BPSK劃QPSK)的相移鍵控。
要在通信信道112(如無線鏈路或有線線路)發(fā)送的信號由調(diào)制器106輸出。然而，調(diào)制器106輸出的發(fā)送信號可能很弱，不能通過通信信道112發(fā)送。如果這樣，那么可在通過通信信道112由天線110發(fā)送前，用功率放大器(PA)108放大發(fā)送信號。
圖1說明根據(jù)本發(fā)明所述用于SFH通信系統(tǒng)的用戶通信單元110最佳實施例的接收部分。天線118通過通信信道12從基站通信單元200接收信號。所接收信號被輸入到接收頻率合成器128的固定載波信號并將其與所接收信號混合(如相乘)的混頻器120。接下來，下變頻器122將所接收信號轉(zhuǎn)換成更易為其它接收機部件操作的中頻(IF)。
然后，下變頻接收信號被輸入到FCCH、SCH檢測器142。圖3給出檢測器142最佳實施例。下變頻接收信號被輸入到將所接收模擬信號數(shù)字化成一串?dāng)?shù)據(jù)樣本的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器300。數(shù)據(jù)樣本被存放在最好能緩存兩個時隙大小的數(shù)據(jù)樣本的緩沖器302。當(dāng)數(shù)據(jù)被存儲后，檢測器142便搜索并測量FCCH的頻率，F(xiàn)CCH在這個例子中是在幀的第二時隙中。FCCH將提給到SFH通信系統(tǒng)的時隙結(jié)構(gòu)的粗略的時間校準(zhǔn)。一旦檢測到FCCH，用戶通信單元100就凍結(jié)緩沖器302。凍結(jié)的緩沖器302中存儲的屬于FCCH的數(shù)據(jù)樣本被頻率誤差校估值器306用來產(chǎn)生輸入到乘法器304的頻率誤差校正信號。這樣，如果緩存的SCH的樣本是rn，那么對假定的頻率誤差，樣本(rn)必須被校正為頻率校正樣本 ＝rne-j2π△fnTs，其中是頻率校正樣本，△f是頻率校正項，Ts是采樣間隔。乘法器304將誤差校正信號與屬于SCH的延遲樣本(即緩存的數(shù)據(jù)樣本)相乘以產(chǎn)生頻率校正的數(shù)據(jù)樣本流。
另外，用戶單元100的接收部分所用的頻率基準(zhǔn)源(即本機振蕩器141)必須被精確校正以便樣本可被FCCH、SCH檢測器142和/或解調(diào)器124解碼。頻率誤差估值器306的差(△f)頻校正控制線130與FCCH、SCH檢測器142一起通過反饋路徑校正振蕩器141的頻率。
此外，控制器144還用FCCH樣值估計信號增益用自動增益控制(AGC)反饋信號138以調(diào)節(jié)增益控制以保持接收信號在通信單元的線性工作區(qū)。
接著，由于檢測器142已將至少兩個時隙的數(shù)據(jù)樣本緩存到存儲器中，并且已在第二個時隙檢測到FCCH，那么通信單元100就知道SCH位于該幀的前面的時隙(即第一時隙)中并可解碼先前存放的SCH脈沖串。在該SCH中，確定服務(wù)所有一般的控制及業(yè)務(wù)信道脈沖的基站的精確的定時信息及具體的同步字。用于訓(xùn)練SCH中序列(同步字)相關(guān)峰的位置產(chǎn)生一符號周期內(nèi)對通信系統(tǒng)的定時。另外，SCH的其中一個數(shù)據(jù)段提供幀號基準(zhǔn)。根據(jù)SCH得到的信息，控制器144可確定跳頻圖是什么并可分別通過控制線146和132指示跳頻圖發(fā)生器114和134分別產(chǎn)生供頻率合成器116和128使用的跳頻圖。此時，通信單元被同步并能在SFH通信系統(tǒng)內(nèi)通信。
一且通信單元與SFH通信系統(tǒng)同步，所接收信號就被輸入到消除跳頻效應(yīng)的混頻器120?；祛l器120從頻率合成器128接收載波信號并將其與所接收信號混合(如相乘)。頻率合成器128從跳頻圖發(fā)生器134接收在同步過程中確定的跳頻圖。
接下來，下變頻器122將接收信號轉(zhuǎn)換成能更容易被其它接收器部件操作的中頻(IF)。下變頻后的接收信號再被輸入到檢測接收信號中信息位126的解調(diào)器124。本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員應(yīng)該理解，在通過通信信道112發(fā)送信號前，解調(diào)器124進行調(diào)制操作的逆操作。例如，解調(diào)器124可進行接收信號的相干或非相干檢測和/或用最大似然序列法估計信息位126。
本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員應(yīng)該理解，在完成SCH的初始獲得后，最后通過改變頻率合成器128的輸出使該通信系統(tǒng)中的通信單元100掃描幾個頻率。然后，在每個頻率，可用接收信號強度指示(RSS1)裝置140測量當(dāng)前接收信號的強度。接下來，通信單元100可用控制器144按優(yōu)先順序從最高到最低信號強度排列信道(即，最近的基站通信單元將可能有最高信號強度)以使與通信系統(tǒng)的接下來的通信是與用戶接收狀況最佳的基站通信單元進行。這點被用于用戶單元的初始登記以及用于越局交換的目的。
此外，本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員應(yīng)該知道，SCH可以包含一個以上的跳頻圖的信息，控制器144可根據(jù)第一和第二預(yù)定跳頻圖在通信單元100的接收部分中跳躍，從而可檢測兩個控制信道并可根據(jù)對測量信號品質(zhì)的比較為下面的使用選擇較好的控制信道。信號品質(zhì)可由位錯誤率、相對信號強度、相關(guān)峰強度和/或延遲擴展來確定。
圖1還顯示了根據(jù)本發(fā)明所述用于SFH通信系統(tǒng)的用戶通信單元100最佳實施例的發(fā)送部分。該發(fā)送部分以基本上與上述基站200的發(fā)送部分相似的方式工作，只是用戶單元100不需要提供FCCH和SCH控制信道。信息位102被輸入到用戶通信單元100的發(fā)送部分。信息位102可包括數(shù)字化的聲音、數(shù)據(jù)或其組合。信息位102被輸入到成幀裝置104，該裝置將入站信息位102分成將在一幀結(jié)構(gòu)的各時隙作為一組發(fā)送的分立組。幀結(jié)構(gòu)最好部分由來自用戶通信單元150接收部分的同步信號146得出。同步信號146在對接收機的初始同步過程中得到并被接收機電路進行時間校正。
在另外的實施例中，另一種同步信號149可被用戶通信單元100的發(fā)送和接收部分使用。這種可供選擇的同步信號149為GPS接收機150通過天線152經(jīng)通信信道154從一個或多個衛(wèi)星156接收的全球定位衛(wèi)星(GPS)信息的函數(shù)。GPS接收機152獲得當(dāng)前的時刻和/或解調(diào)器的位置作為衛(wèi)星156的GPS信息。
同步信號146或149被成幀裝置104用來同步本機振蕩器141和SFH通信系統(tǒng)。本機振蕩器141給成幀裝置104提供時鐘信號，成幀裝置104然后根據(jù)時鐘信號將輸入信息位102分組。
此外，跳頻圖發(fā)生器114使用同步信號146或149根據(jù)一組預(yù)定跳頻圖產(chǎn)生多個跳頻圖中的至少一個。跳頻圖發(fā)生器114用同步信號146或149周期性地計時經(jīng)過的不同的轉(zhuǎn)變。這使得不同的，變化的跳頻圖輸出到頻率合成器116。這些跳頻圖是提供給頻率合成器116輸入端的跳頻圖。頻圖合成器116在很短時間內(nèi)在預(yù)定寬頻帶的特定窄帶上產(chǎn)生一個載波。頻率合成器116用輸入的跳頻圖從產(chǎn)生載波的寬頻帶的頻率集合內(nèi)確定該特定頻率。當(dāng)跳頻圖發(fā)生器114被周期性地計時時，載波頻率便通過頻率合成器116跳到寬頻帶的不同窄帶部分。本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員應(yīng)該知道，用戶單元100可能只有一個頻合成器和跳頻圖發(fā)生器，給用戶單元100的接收部分和發(fā)送部分提供載波。
跳頻載波被輸入到調(diào)制器106。調(diào)制器106用成幀裝置106輸出的成幀的信息位(即信息位組)調(diào)制載波。要通過通信信道112發(fā)送的信號由調(diào)制器106輸出。然而，調(diào)制器106輸出的發(fā)送信號可能很弱，不能通過通信信道112發(fā)送。如果這樣，發(fā)送信號可在由天線110發(fā)射前用功率放大器108(PA)放大。
現(xiàn)參考圖2，給出的是基站通信單元200最佳實施例的接收部分?；?00接收部分以與上面有關(guān)用戶單元接收部分所描述的大致相似的方式工作?；窘邮詹糠值牟煌幵谟谄洳恍枰蠪CCH和SCH檢測電路保證跳頻同步。因為用戶單元100發(fā)送給基站200的信息信號與基站200先前提供的跳頻圖同步。
信號由天線118通過通信信道112從用戶單元100接收。所接收信號被輸入到消除跳頻效應(yīng)的混頻器120?；祛l器120從頻率合成器128接收載波信號并將其與所接收信號混合(如相乘)。頻率合成器128最好以與頻率合成器116大致相同的方式工作(即，從跳頻圖發(fā)生器134接收跳頻圖)。本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員應(yīng)該知道，基站通信單元200可以只有一個頻率合成器和跳頻圖發(fā)生器，其既給通信單元200的接收部分提供載波又給發(fā)送部分提供載波。類似地，用戶單元100可以只有一個頻率合成器和跳頻圖發(fā)生器。
當(dāng)去掉了跳頻效應(yīng)時，下變頻器122最好將所接收信號轉(zhuǎn)換成更易為其它接收機部件處理的中頻(IF)。然后，下變頻的接收信號可被輸入到檢測接收信號中的信息位126的解調(diào)器124。解調(diào)器124進行開始發(fā)送信號前對其所作調(diào)制操作的逆操作。例如，解調(diào)器124可進行接收信號的相干或非相干檢測和/或可用最大似然序列估計信息位126。
如圖9中流程圖的500-518部分所示，SCH可由通信單元100或200的接收部分用根據(jù)本發(fā)明所述的最佳實施檢測技術(shù)進行檢測。該技術(shù)包括本機振蕩器141(示于圖1)迭代并順序設(shè)置(即調(diào)節(jié))到一頻率(502步)，直到同步信道時隙被檢測到(506、518步)。本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員應(yīng)該知道，如果按圖9所示的算法檢測SCH，獲取系統(tǒng)就不需要FCCH。
按類似方式，如圖10的500-518部分所示，檢測FCCH和SCH的最佳實施技術(shù)可通過迭代并順序地設(shè)置(調(diào)節(jié))FCCH、SCH檢測器142中前置放大器的增益(510步)，直到FCCH和/或SCH時隙被檢測到(512、514步)。調(diào)節(jié)前置放大器的增益可調(diào)節(jié)接收電路的靈敏度以便消除或減小失真(即削波)而不犧牲檢測接收信號時的靈敏度。
如果工作在SFH通信系統(tǒng)中的通信單元100和200使用GPS接收機(如，接收機150)，那么所有通信單元的絕對定時可被保持并且跳頻圖可被定為接收的GPS信息中時刻和/或位置信息的函數(shù)。本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員應(yīng)該知道，為工作在SFH通信系統(tǒng)中的所有通信單元提供絕對定時信息的分離的非跳頻導(dǎo)頻信道148(示于圖1)或公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)定時信號148(示于圖2)可用來代替GPS接收機。
例如，如果可用獲得得絕對定時的機構(gòu)，那么用戶通信單元就能確定其相對最近的基站的位置。此外，時間也可從GPS信息中確定。然后位置信息被用于選擇基站并識別該基站的跳頻序列。時間用于確定在跳頻圖一整天的序列中從何處開始跳頻。
雖然對本發(fā)明作了較具體的描述，但是應(yīng)該知道，本實施例公開僅作為例子給出，本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員在不脫離所申請的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可對元器件的布置和組合以及步驟進行各種修改。
權(quán)利要求
1.用于通信系統(tǒng)的通信單元，該通信單元的特征在于跳頻裝置按預(yù)定的跳頻圖在多個載波頻率上對多個通信幀進行跳頻，多個通信幀中至少一個包含同步信道時隙，同步信道時隙包括可從中得出預(yù)定跳頻圖的數(shù)據(jù)位。
2.用于通信系統(tǒng)的通信單元，該通信單元的特征在于(a)信號獲取裝置，用于最初獲得預(yù)定的跳頻圖，后者規(guī)定在多個載波頻率對多個通信幀進行跳頻的序列，該信號獲取裝置包括在通信幀內(nèi)檢測同步時隙的檢測裝置，該同步時隙包括可從中得出預(yù)定的跳頻圖的數(shù)據(jù)位;和(b)跳頻裝置，其與信號獲取裝置操作地耦合，用來按照預(yù)定的跳頻圖對信號獲取裝置的接收頻率進行跳頻以檢測控制信道。
3.權(quán)利要求2所述通信單元，其中多個通信幀中每一個包括多個時隙，一個特定通信幀的多個時隙中至少一個包括同步信道時隙;該特定通信幀的多個時隙中的另一個包括頻率校正信道時隙，頻率校正信道時隙包括用來指示在該特定通信幀中同步信道時隙的位置的信息;信號獲取裝置包括(a)存儲裝置，其與檢測裝置操作地耦合，用來同時存儲來自包括頻率校正信道時隙和同步信道時隙的多個時隙的信息，其中來自頻率校正信道時隙的信息指示出同步信道時隙位于特定通信幀中較早被發(fā)送的時隙內(nèi);和(b)確定裝置，其與存儲裝置操作地耦合，用來從所存儲的特定的較早發(fā)送的時隙中檢索同步信道時隙并確定預(yù)定跳頻圖;以及該確定裝置包括在從存儲的特定的較早發(fā)送的時隙中檢索同步信道時隙前，根據(jù)頻率校正信道時隙的信息校正所存的特定較早發(fā)送時隙的頻率誤差的裝置。
4.權(quán)利要求2所述的通信單元，其中(a)同步信道時隙包括可從中得出多個預(yù)定跳頻圖的數(shù)據(jù)位;(b)跳頻裝置包括(ⅰ)用來根據(jù)第一和第二預(yù)定跳頻圖跳頻接收機頻率以分別檢測第一和第二控制信道的裝置;和(ⅱ)用來根據(jù)所檢測的第一和第二控制信道的測量信號品質(zhì)的比較結(jié)果選擇第一和第二預(yù)定跳頻圖中的一個來繼續(xù)跳頻接收機的選擇裝置。
5.用于通信系統(tǒng)的通信單元，該通信單元的特征是(a)用來檢測全球定位衛(wèi)星信息的全球定位衛(wèi)星檢測裝置;(b)信號獲取裝置，其與全球定位衛(wèi)星檢測裝置操作地耦合，用來利用檢測到的全球定位衛(wèi)星信息獲取預(yù)定的跳頻圖，該預(yù)定的跳頻圖規(guī)定多個通信幀在多個載波頻率內(nèi)跳頻的序列;和(c)跳頻裝置，其與信號獲取裝置操作耦合，用來根據(jù)預(yù)定跳頻圖跳頻接收機頻率以便能夠檢測到控制信道。
6.給用于跳頻通信系統(tǒng)中的通信單元提供跳頻圖的方法，其包括(a)掃描特定的頻率集合搜尋包括同步信道時隙的通信幀;(b)檢測該通信幀內(nèi)的同步信道時隙;和(c)根據(jù)同步信道時隙內(nèi)的數(shù)據(jù)位確定預(yù)定的跳頻圖，后者規(guī)定多個通信幀在多個載波頻率上跳頻的序列。
7.權(quán)利要求6所述方法，其中確定步驟包括使用同步信道時隙內(nèi)的數(shù)據(jù)位根據(jù)從一組步驟所選擇的步驟來獲取預(yù)定跳頻圖，該組步驟包括(a)從跳頻圖查找表中檢索預(yù)定的跳頻圖;(b)在預(yù)定跳頻圖內(nèi)得出下一通信幀的載波頻率;和(c)得出作為同步信道時隙內(nèi)數(shù)據(jù)位函數(shù)的預(yù)定跳頻圖。
8.權(quán)利要求6所述的方法，其中每個通信幀包括至少一個有多個時隙的時分多址幀，特定跳頻幀的多個時隙中至少一個包括同步信道時隙，確定預(yù)定跳頻圖的步驟還包括(a)根據(jù)從下組步驟中選擇的步驟獲取幀號，(ⅰ)根據(jù)同步信道時隙數(shù)據(jù)位確定幀號;和(ⅱ)根據(jù)多個同步信道時隙位確定簡約的幀號，該簡約幀號識別通信幀陪集，其包括在該通信幀陪集的預(yù)定幀內(nèi)的單個同步信道時隙，接著從確定的簡約幀號和通信幀陪集的預(yù)定幀中確定幀號;和(b)根據(jù)所獲取的幀號按從下組步驟中選擇的步驟得到預(yù)定跳頻圖(ⅰ)用獲得的幀號從跳頻圖查找表中檢索特定的跳頻圖;和(ⅱ)得出作為所獲得的幀號的函數(shù)的特定跳頻圖。
9.權(quán)利要求6所述的方法，其還至少包括下列一組步驟中的一個(a)其中，多個通信幀中的每一個包括多個時隙，多個通信幀中的特定通信幀的多個時隙中至少一個包含同步信道時隙，特定通信幀的多個時隙至少另外一個包括頻率校正信道時隙，頻率校正信道時隙信息指示同步信道時隙位于該特定通信幀中較早發(fā)送的時隙內(nèi)，檢測同步信道時隙的步驟包括(ⅰ)同時存儲包括頻率校正信道時隙和同步信道時隙的多個時隙的信息;和(ⅱ)從所存儲的特定較早發(fā)送時隙中檢索同步信道時隙并從中確定預(yù)定的跳頻圖;(b)其中，多個通信幀中的每一個包括多個時隙，多個通信幀中的特定通信幀的多個時隙中至少一個包括同步信道時隙，該特定通信幀的多個時隙中至少另一個包括頻率校正信道時隙，頻率校正信道時隙信息指示出同步信道時隙位于特定通信幀中稍后發(fā)送的時隙內(nèi)，檢測同步信道時隙的步驟包括從特定稍后發(fā)送的時隙中獲取同步信道時隙信息并從中確定預(yù)定的跳頻圖;(c)其中，檢測同步信道時隙的步驟包括迭代并順序地將本機振蕩器設(shè)定到一個頻率直到檢測到同步信道時隙;(d)按預(yù)定跳頻圖跳頻接收機頻率來檢測控制信道的步驟，其中同步信道時隙包括可從中得出多個預(yù)定跳頻圖的數(shù)據(jù)位，跳頻步驟包括(ⅰ)按第一和第二預(yù)定跳頻圖跳頻接收機頻率以分別檢測第一和第二控制信道;和(ⅱ)根據(jù)對第一和第二檢測出的控制信道的測量信號品質(zhì)的比較結(jié)果選擇第一和第二預(yù)定跳頻圖中的一個繼續(xù)跳頻接收機的頻率。
10.用來給用于跳頻通信系統(tǒng)的通信單元提供跳頻圖的方法，其包括(a)檢測全球定位衛(wèi)星信息;和(b)利用檢測到的全球定位衛(wèi)星信息獲取預(yù)定的跳頻圖，預(yù)定跳頻圖規(guī)定多個通信幀在多個載波頻率內(nèi)跳頻的序列。
全文摘要
提供用于通信系統(tǒng)的通信單元，其包括根據(jù)預(yù)定跳頻圖在多個載波頻率范圍內(nèi)將通信幀跳頻的跳頻機構(gòu)。通信幀中至少一個最好包括具有從中可得出預(yù)定跳頻圖的數(shù)據(jù)位的同步信道時隙。此外，提供一通信單元，其包括用來最初獲取規(guī)定跳頻幀在多個載波頻率內(nèi)跳頻的序列的預(yù)定跳頻圖的信號獲取機構(gòu)。同樣地，該通信單元也包括根據(jù)預(yù)定跳頻圖跳頻接收頻率以檢測控制信道的跳頻機構(gòu)。
文檔編號F02F1/16GK1113669SQ94190628
公開日1995年12月20日 申請日期1994年7月7日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月25日
發(fā)明者羅文·梅丹, 邁克爾·D·科特金, 杜阿內(nèi)·卡爾·拉貝 申請人:莫托羅拉公司