專利名稱：用于在碼分多址通信系統(tǒng)中進(jìn)行代碼同步捕獲的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用碼分多址(CDMA)調(diào)制技術(shù)的信號傳輸系統(tǒng)，特別是在CDMA傳輸系統(tǒng)的接收機(jī)中實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散碼同步處理的初始同步捕獲方法及其裝置。
CDMA是一種通過將被發(fā)射的數(shù)據(jù)比特調(diào)制成擴(kuò)散碼來形成傳輸信道的通信方法，即，一次采用幾個(gè)擴(kuò)散碼來形成幾個(gè)傳輸信道的頻帶擴(kuò)散數(shù)字通信方法。擴(kuò)散碼以明顯高于數(shù)據(jù)比特速率的碼片速率運(yùn)作，以便對將要發(fā)射的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻帶擴(kuò)散。由于用作擴(kuò)散碼的偽噪音(PN)碼彼此正交或準(zhǔn)正交，所以幾個(gè)信道信號可以通過擴(kuò)散碼的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性復(fù)用。
CDMA中的PN碼同步的主要作用是反向擴(kuò)散接收的信號，以便對其解調(diào)。接收的信號實(shí)質(zhì)上由兩類數(shù)字信號構(gòu)成。一類信號是諸如編碼的音頻信號之類的信息信號，另一種信號是由PN碼生成器生成的PN碼，它具有明顯高于信息信號的比特率。
接收機(jī)使用由本地PN生成器生成的PN碼反向擴(kuò)散接收的信號，并使PN碼與接收信號中包含的PN碼分量同步。從接收的信號中清除PN碼分量，然后將清除了PN碼分量的接收信號集成為一個(gè)碼元周期。這樣可獲得了理想的原始信息信號。
代碼同步通常包括下列兩個(gè)步驟(1)第一代碼同步捕獲步驟，將接收信號中包括的PN碼的相位與本地生成的PN碼的相位排列在一個(gè)碼片周期內(nèi)；(2)第二代碼相位跟蹤步驟，使用鎖相環(huán)(PLL)將兩個(gè)PN碼的相位排列在準(zhǔn)確的位置。
本發(fā)明集中在第一代碼同步捕獲步驟上。代碼同步捕獲步驟在CDMA系統(tǒng)中很重要。
由于代碼同步捕獲的重要性，到目前為止已提出了使用幾種搜索方法和確定方法的代碼同步捕獲技術(shù)。所提出的代碼同步捕獲技術(shù)可大致分為下列幾類技術(shù)。
第一類為并行搜索方法，其中將接收信號同時(shí)并行地與本地生成的PN碼的所有可能的代碼相位相關(guān)，并且并行地確定該接收信號是否與每個(gè)代碼相位同步。該方法可以縮短代碼同步捕獲時(shí)間，但使硬件復(fù)雜化。
第二種為串行搜索方法，其中通過把接收信號與本地生成的PN碼相關(guān)獲得的相關(guān)值與具有的閾值比較來確定接收信號是否與本地生成的PN碼同步。如果確定該接收信號與本地生成的PN碼同步，則啟動一個(gè)代碼相位跟蹤處理。如果確定結(jié)果相反，則在改變內(nèi)部生成的PN碼相位后再次執(zhí)行上述確定處理。如上所述，相對于所有可生成的PN碼相位進(jìn)行該搜索。與利用硬件的并行搜索方法相比，認(rèn)為這種方法較簡單，但增加了同步捕獲時(shí)間。
代碼同步捕獲處理的時(shí)間和同步的精確性是限制CDMA接收機(jī)性能的重要因素。通常，由于諸如低信噪比(SNR)，多普勒效應(yīng)以及衰落環(huán)境之類的惡劣信道環(huán)境，代碼同步捕獲處理在CDMA系統(tǒng)中執(zhí)行的進(jìn)程中有很大難度。在這些失真因素中，由于多普勒效應(yīng)導(dǎo)致的信道改變是本發(fā)明的主要關(guān)注的。
在無線移動信道環(huán)境中，接收機(jī)移動或外圍物體相對移動時(shí)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)造成信道功率和信道相位相對于時(shí)間段而改變。這種變化與移動體的速度成正比。當(dāng)接收信號的振幅隨信道功率的變化而改變時(shí)，接收信號與本地PN碼之間的相關(guān)能量值也改變。
因此，當(dāng)將串行搜索方法用作現(xiàn)有技術(shù)時(shí)，由于每當(dāng)搜索到的每個(gè)本地PN碼相位時(shí)接收信號的幅度改變，代碼相位不能在同一環(huán)境中被搜索到。如果當(dāng)前搜索到的本地PN碼相位是精確的代碼相位，其相關(guān)能量值可能會明顯大于前一個(gè)本地PN碼的相關(guān)能量值。(理論上，比處理增益大一倍)。
然而，如果因信道功率的變化造成當(dāng)前信道功率明顯小于前一個(gè)信道功率，盡管當(dāng)前搜索到的代碼相位是一個(gè)精確的代碼相位，因?yàn)榻邮招盘柕姆忍。湎嚓P(guān)能量值也非常小?？紤]到最壞的情況，當(dāng)前代碼相位的相關(guān)能量值可能等于，或甚至小于前一個(gè)不精確的代碼相位的相關(guān)能量值。
在這些情況下，即使在采用自適應(yīng)閾值時(shí)，代碼同步的正確捕獲也是非常困難的，更不必說采用固定閾值確定是否已實(shí)現(xiàn)代碼同步的情況了。每當(dāng)連續(xù)地計(jì)算信道功率的變化時(shí)，采用自適應(yīng)閾值的代碼同步捕獲技術(shù)自適應(yīng)地獲得一個(gè)確定閾值。然而，這種代碼同步捕獲技術(shù)不能實(shí)時(shí)地計(jì)算信道功率的變化，因此，很難在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間應(yīng)用自適應(yīng)獲得的閾值并做出確定。另外，在象當(dāng)今無線移動信道環(huán)境這樣具有明顯低的SNR的情況，很難正確地獲得信道功率的變化，因此，即使是自適應(yīng)獲得的確定閾值也不能被認(rèn)為是正確的值。
1997年7月1日頒發(fā)的，轉(zhuǎn)讓給高通公司的題為”用于在CDMA通信系統(tǒng)中進(jìn)行搜索捕獲的方法和裝置”的美國專利No.5,644,591公開了采用固定閾值的現(xiàn)有串行搜索方法的例子。1997年6月24日頒發(fā)的，轉(zhuǎn)讓給諾基亞移動電話公司的題為”具有自適應(yīng)閾值的串行搜索捕獲系統(tǒng)和擴(kuò)頻系統(tǒng)的優(yōu)化決定”的美國專利No.5,642,377公開了采用自適應(yīng)閾值的現(xiàn)有串行搜索方法的例子。
現(xiàn)有的并行搜索方法也產(chǎn)生了現(xiàn)有串行搜索方法所產(chǎn)生的問題。即除了同時(shí)獲得幾個(gè)代碼相位的相相關(guān)能量外，現(xiàn)有的并行搜索方法具有與串行搜索方法相同的確定技術(shù)。因此，在現(xiàn)有的并行搜索方法中很難解決信道功率變化產(chǎn)生的問題。
為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種在碼分多址(CDMA)傳輸系統(tǒng)中的代碼同步捕獲方法及裝置，它能夠通過大幅度減少由于CDMA接收信號的功率變化而引起的錯(cuò)誤告警和誤檢測的可能性，提供穩(wěn)定的代碼同步捕獲，縮短整個(gè)初始代碼同步捕獲的時(shí)間而不受CDMA接收信號，擴(kuò)散代碼同步處理中的初始代碼同步捕獲步驟，及接收利用無線移動信道作為傳輸媒體的CDMA信號的接收機(jī)中包括的噪音的影響。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供捕獲初始擴(kuò)散代碼同步的方法的實(shí)施例，該捕獲初始擴(kuò)散代碼同步是在無線移動信道環(huán)境下的CDMA通信系統(tǒng)的接收機(jī)中，在接收到碼分多址(CDMA)已調(diào)制信號后，將它下變換為模擬信號后，將得到的信號抽樣到復(fù)數(shù)數(shù)字信號中之后進(jìn)行的，該方法包括(a)執(zhí)行N個(gè)并行復(fù)數(shù)相關(guān)以獲得抽樣的復(fù)數(shù)數(shù)字信號與在接收機(jī)內(nèi)生成的N個(gè)并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼之間的相關(guān)性；(b)由N個(gè)并行復(fù)數(shù)相關(guān)結(jié)果中的分量并行地累加連續(xù)生成的K個(gè)并行復(fù)數(shù)相關(guān)結(jié)果；(c)并行地獲得K個(gè)并行復(fù)數(shù)相關(guān)結(jié)果的累積結(jié)果中每一個(gè)分量的的能量值，以及(d)使用每個(gè)分量的能量值獲得最大能量值與平均能量值的比值，將該比值與預(yù)定的確定閾值比較，如果該比值大于或等于確定閾值，通過確定與最大能量值對應(yīng)的代碼相位是正確的代碼相位，和否則，確定與最大能量值對應(yīng)的代碼相位不是正確的代碼相位來推斷代碼同步捕獲。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了捕獲初始擴(kuò)散代碼同步的方法的另一個(gè)實(shí)施例，該捕獲初始擴(kuò)散代碼同步是在無線移動信道環(huán)境下的CDMA通信系統(tǒng)的接收機(jī)中，在接收到碼分多址(CDMA)已調(diào)制信號后，將它下變換為模擬信號，將得到的信號抽樣到復(fù)數(shù)數(shù)字信號中之后進(jìn)行，該方法還包括(e)生成具有N個(gè)代碼相位的、且與該N個(gè)并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼相鄰的N個(gè)并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼，當(dāng)在步驟(d)中確定在N個(gè)并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼的代碼相位中沒有正確的代碼相位時(shí)重復(fù)步驟(a)到(d)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供捕獲初始擴(kuò)散代碼同步的裝置的實(shí)施例，該捕獲初始擴(kuò)散代碼同步是在無線移動信道環(huán)境下的CDMA通信系統(tǒng)的接收機(jī)中，在接收到碼分多址(CDMA)已調(diào)制信號后，將它下變換為模擬信號，將得到的信號抽樣到復(fù)數(shù)數(shù)字信號中之后進(jìn)行的，該裝置包括一個(gè)并行復(fù)數(shù)相關(guān)器，用來生成N個(gè)并行復(fù)數(shù)相關(guān)結(jié)果以獲得抽樣的復(fù)數(shù)數(shù)字信號與接收機(jī)中生成的N個(gè)并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼之間的相關(guān)性；一個(gè)并行復(fù)數(shù)累加器，用來并行地累加連續(xù)生成的K個(gè)并行復(fù)數(shù)相關(guān)結(jié)果；一個(gè)并行能量檢測器，用來并行地獲得K個(gè)累加的并行復(fù)數(shù)相關(guān)結(jié)果的能量值；和一個(gè)自適應(yīng)比值確定器，用于使用每個(gè)分量的能量值獲得最大能量值與平均能量值的比值，將該比值和預(yù)定的確定閾值比較，如果該比值大于或等于確定閾值，則通過確定與最大能量值對應(yīng)的代碼相位是一個(gè)正確的代碼相位來生成一個(gè)搜索推斷信號。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供捕獲初始擴(kuò)散代碼同步的裝置的另一個(gè)實(shí)施例，該捕獲初始擴(kuò)散代碼同步是在無線移動信道環(huán)境下的CDMA通信系統(tǒng)的接收機(jī)中，在接收到碼分多址(CDMA)已調(diào)制信號后，將它下變換為模擬信號，將得到的信號抽樣到復(fù)數(shù)數(shù)字信號中之后進(jìn)行的，其中，當(dāng)確定沒有任何代碼相位在N個(gè)并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散碼的代碼相位中時(shí)，自適應(yīng)比值確定器生成一個(gè)搜索控制信號。該裝置還包括一個(gè)PN碼生成控制器，用于在搜索控制信號的控制下生成在連續(xù)的K個(gè)PN碼周期的間隔內(nèi)表示移位啟動信號，或在連續(xù)的N個(gè)PN碼周期的間隔內(nèi)表示保持啟動信號的PN碼控制信號；和一個(gè)并行復(fù)數(shù)PN碼生成器，用于響應(yīng)PN碼控制信號生成N個(gè)并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼。
通過參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將使本發(fā)明上面的目的及優(yōu)點(diǎn)變得更加顯而易見，其中

圖1是表明本發(fā)明結(jié)構(gòu)的方框圖；圖2示出自適應(yīng)比值確定器的結(jié)構(gòu)；圖3示出最大信號檢測器的結(jié)構(gòu)；圖4示出偽噪聲(PN)碼生成控制器的結(jié)構(gòu)；圖5示出并行復(fù)數(shù)PN碼生成器的結(jié)構(gòu)；
圖6是控制信號的定時(shí)圖；圖7A至7D是本發(fā)明與常規(guī)搜索方法的效果比較的曲線圖；圖8A和8B示出了用來驗(yàn)證本發(fā)明性能的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果。
參見圖1，根據(jù)本發(fā)明的碼分多址(CDMA)接收機(jī)中代碼相位捕獲裝置的實(shí)施例包括并行復(fù)數(shù)相關(guān)器11，并行復(fù)數(shù)累加器12，并行能量檢測器13，自適應(yīng)比值確定器14，偽噪音(PN)碼生成控制器16和并行復(fù)數(shù)PN碼生成器17。
并行復(fù)數(shù)相關(guān)器11將接收的dk數(shù)據(jù)抽樣信號101與由N個(gè)內(nèi)部生成的并行復(fù)數(shù)PN碼組成的ck矢量信號105并行地復(fù)數(shù)相關(guān)。
并行復(fù)數(shù)累加器12累加由并行復(fù)數(shù)相關(guān)器11輸出的rk矢量信號102的每一個(gè)分量的K個(gè)連續(xù)的抽樣信號的相關(guān)值。
并行能量檢測器13獲得由并行復(fù)數(shù)累加器12輸出的復(fù)數(shù)信號，即sk矢量信號103的每一個(gè)復(fù)數(shù)分量的能量。
自適應(yīng)比值確定器14從并行能量檢測器13接收ek矢量信號104，和確定閾值VTH111，并且利用ek矢量信號104的統(tǒng)計(jì)特性來確定實(shí)現(xiàn)或未實(shí)現(xiàn)代碼同步。
PN碼生成控制器16利用自適應(yīng)比值確定器14的輸出信號中的信號SEARCH_FLAG107來控制并行復(fù)數(shù)PN碼生成器17的操作。
并行復(fù)數(shù)PN碼生成器17在PN碼生成控制器16輸出的信號PN_CNTL108的控制下生成由具有代碼相位的N個(gè)并行復(fù)數(shù)PN碼組成的ck矢量信號105。
參見圖2，圖1中的自適應(yīng)比值確定器14包括，一個(gè)最大信號檢測器21，加法器22，減法器23，第一除法器24，第二除法器25，確定器26，和確定狀態(tài)定時(shí)信號生成器27。最大信號檢測器21從ek矢量信號104的N個(gè)能量分量檢測最大能量值EMAX201。
加法器22對ek矢量信號104的所有N個(gè)能量分量求和。
減法器23從加法器22輸出的ESUM202中減去最大信號檢測器21輸出的最大能量值EMAX201。第一除法器24通過把減法器23的輸出信號203除以(N-1)來生成平均能量值EMEAN204。
第二除法器25把最大信號檢測器21輸出的最大能量值EMAX201除以第一除法器24輸出的平均能量值EMEAN204。
確定器26確定第二除法器25的輸出是否大于預(yù)定的確定閾值VTH111。
確定狀態(tài)定時(shí)信號生成器27從確定器26輸出的確定值206生成SEARCH_FLAG信號107和SEARCH_DONE信號110。
參見圖4，圖1中的PN碼生成控制器16包括由SEARCH_FLAG信號107復(fù)位的計(jì)數(shù)器41，比較器42，以及倒相器43。比較器42將計(jì)數(shù)器41的輸出值與(N-1)比較，以確定計(jì)數(shù)器41的輸出值是否等于(N-1)，并將比較結(jié)果作為PN_CNTL信號108輸出。倒相器43將PN_CNTL信號108倒相，并且輸出用于控制計(jì)數(shù)器41的計(jì)數(shù)保持操作的控制信號。
下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的操作原理。
參見圖1，經(jīng)天線接收的信號dk信號101，即CDMA接收信號，下變換成中頻(IF)信號，解調(diào)回到基帶信號，由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(未示出)抽樣。接收的dk信號101是具有如等式1表示的同相和正交相位的復(fù)數(shù)信號dk＝dk，i+dk，q...(1)dk信號101是已通過CDMA傳輸系統(tǒng)中的無線移動信道的信號，如等式2所示模擬作為復(fù)數(shù)信道的無線移動信道，h(t)＝∑A(t)*ejq...(2)其中A(t)表示隨時(shí)間變化的信道的大小，其中該變化具有瑞利分布。另外，q表示在(0，2π)范圍內(nèi)具有均勻分布的復(fù)數(shù)信道的相位。
將dk信號101施加到并行復(fù)數(shù)相關(guān)器11。并行復(fù)數(shù)相關(guān)器11還接收由并行復(fù)數(shù)PN碼生成器17輸出的ck矢量信號105。ck矢量信號105由如等式3表示的N個(gè)本地生成的復(fù)數(shù)PN碼組成ck＝[ck，ck-1，ck-2，...，ck-N+2，ck-N+1]T...(3)其中T表示一個(gè)矢量轉(zhuǎn)置。在此，每個(gè)分量是復(fù)共軛。就是說，ck矢量信號105可表示為等式4ck＝ck，i-jck，q...(4)并行復(fù)數(shù)相關(guān)器11將dk信號101與ck矢量信號105的每個(gè)分量并行地復(fù)數(shù)相關(guān)，以輸出如等式5表示的rk矢量信號102。
rk＝dk*ck＝[rk，rk-1，rk-N+2，rk-N+1] ...(5)在此，rk矢量信號102有N個(gè)分量，每個(gè)分量都是復(fù)數(shù)信號，是dk信號101與ck矢量信號105的每個(gè)分量之間的復(fù)數(shù)相關(guān)的結(jié)果。rk矢量信號102可用等式6表示rk＝rk，i+jrk，q＝dk*ck
＝(dk，ick，i+dk，qck，q)+j(dk，qck，i-dk，ick，q) ...(6)由并行復(fù)數(shù)累加器12接收rk矢量信號102，rk矢量信號102的每個(gè)分量的同相部分(實(shí)部)和正交相位(虛部)被分別累加，從而輸出sk矢量信號103。sk矢量信號103由N個(gè)分量組成，每個(gè)分量都是復(fù)數(shù)信號。可由等式7和8表示sk＝[sk，sk-1，sk-2，...，sk-N+2，sk-N+1]T...(7)k-1Sk＝∑rkm，i+jrkm，q...(8)m＝0＝sk，i+jsk，q并行能量檢測器13接收由并行復(fù)數(shù)相關(guān)器12輸出的sk矢量信號103，并且并行地計(jì)算每個(gè)分量的能量，以便輸出ek矢量信號104。ek矢量信號104有N個(gè)分量，每個(gè)分量都是sk矢量信號103相應(yīng)的分量的能量值。并且為實(shí)數(shù)。這可由等式9和10表示ek＝[ek，ek-1，ek-2，...，ek-N+2，ek-N+1]T...(9)ek＝|sk|2＝(sk，i+jsk，q)(sk，i+jsk，q) ...(10)＝s2k，i+s2k，q自適應(yīng)比值確定器14接收ek矢量信號104，從N個(gè)能量分量ek獲得最大能量值EMAX，并獲得不包含最大能量值EMAX的剩余(N-1)個(gè)分量的平均值EMEAN。然后，自適應(yīng)比值確定器14-將兩個(gè)值的比值與確定閾值VTH111比較，以確定與最大能量值對應(yīng)的代碼相位是否是正確的代碼相位，以便輸出SEARCH_FLAG信號107和MAX_PHASE信號109。該過程中使用的時(shí)鐘信號是CHIP_CLK信號(未示出)，它有一個(gè)與PN碼片的周期相同的周期。MAX_PHASE信號109是與從矢量信號ek104獲得的最大能量值對應(yīng)的代碼相位。把SEARCH_FLAG信號107輸入到PN碼生成控制器16。在此，當(dāng)從矢量信號ek104獲得的最大能量值EMAX大于確定閾值VTH111時(shí)，SEARCH_FLAG信號107變?yōu)?，當(dāng)最大能量值EMAX小于確定閾值VTH111時(shí)，SEARCH_FLAG信號107則變?yōu)?。自適應(yīng)比值確定器14的另一個(gè)輸出信號SEARCH_DONE信號110是表示當(dāng)在代碼同步捕獲過程中找到了正確的代碼相位時(shí)已完成代碼同步捕獲過程的狀態(tài)信號。即，當(dāng)找到正確的代碼相位時(shí)，SEARCH_DONE信號110變?yōu)?，反之，保持為0。
PN碼生成控制器16通過響應(yīng)接收的SEARCH_FLAG信號107的值輸出PN_CNTL信號108來控制并行PN碼生成器17的操作。當(dāng)相對于N個(gè)代碼相位完成代碼同步搜索后仍未找到正確的代碼相位時(shí)，PN碼生成控制器16控制并行復(fù)數(shù)PN碼生成器17有效地生成接下來的N個(gè)代碼相位。當(dāng)目前的N個(gè)代碼相位如等式11時(shí)，接下來的N個(gè)代碼相位如等式12[CK，CK-1，CK-2，...，CK-N+2，CK-N+1] ...(11)[CK-N，CK-N-1，CK-N-2，...，CK-2N+2，CK-2N+1] ...(12)因此，當(dāng)相對于當(dāng)前的N個(gè)代碼相位完成同步搜索后，PN碼生成控制器16保持并行復(fù)數(shù)PN碼生成器17的操作達(dá)N個(gè)PN碼周期，以使并行復(fù)數(shù)PN碼生成器17生成具有接下來的N個(gè)相位的復(fù)數(shù)PN碼。
并行復(fù)數(shù)PN碼生成器17在PN_CNTL信號108控制下生成作為復(fù)數(shù)PN碼信號的ck矢量信號105。ck矢量信號105由具有如等式3所示的連續(xù)相位的復(fù)數(shù)代碼組成，并輸入到并行復(fù)數(shù)相關(guān)器11的。
參見圖2，在圖1所示的自適應(yīng)比值確定器的具體操作中，把接收的ek矢量信號104輸入到最大信號檢測器21。最大信號檢測器21從ek矢量信號104的N個(gè)分量中檢測出最大能量值，以便輸出最大能量值EMAX201，并同時(shí)輸出相應(yīng)于作為MAX_PHASE信號109的與最大能量值對應(yīng)的代碼相位的索引，這個(gè)關(guān)系可用等式13表示Emax＝max[ek，ek-1，ek-2，...，ek-N+2，ek-N+1]...(13)MAX-PHASE＝Emax的下標(biāo)把ek矢量信號104同樣施加到加法器22。加法器22對ek矢量信號104的所有N個(gè)分量求和，以得到ESUM202。減法器23從加法器22的輸出信號ESUM202中減去最大能量值EMAX201。
第一除法器24把減法器23相減的結(jié)果值203除以(N-1)獲得平均能量值EMEAN204。第二除法器25用最大能量值EMAX201除以平均能量值EMEAN204獲得自適應(yīng)比值信號R 205。
確定器26將自適應(yīng)比值信號R 205與確定閾值VTH111比較，并輸出確定值206。當(dāng)自適應(yīng)比值信號R 205大于或等于確定閾值VTH111時(shí)，確定值206為1，當(dāng)自適應(yīng)比值信號R 205小于確定閾值VTH時(shí)，確定值為0。
確定狀態(tài)定時(shí)信號生成器27接收確定值206并輸出控制復(fù)數(shù)PN碼生成的SEARCH_FLAG信號107，和表示代碼同步捕獲進(jìn)程完成或未完成的SEARCH_DONE信號110。SEARCH_FLAG信號107在K個(gè)抽樣的相關(guān)值被累加時(shí)的周期期間總是保持為1，并根據(jù)關(guān)于是否實(shí)現(xiàn)了代碼同步的確定結(jié)果針對一個(gè)PN碼周期改變其值。即，當(dāng)在一個(gè)PN碼周期，確定找到了正確的代碼相位，SEARCH_FLAG信號繼續(xù)為1，否則為0。當(dāng)確定未捕獲代碼同步時(shí)，SEARCH_DONE信號110為0，當(dāng)確定已捕獲代碼同步時(shí)，SEARCH_DONE信號110為1。這樣，完成了代碼同步捕獲進(jìn)程。
圖3說明了圖2中的最大信號檢測器21的具體配置。N個(gè)接收信號ek104.0至ek-N+1104.N-1表示從圖1的并行能量檢測器13輸出的ek矢量信號104的分量。在第一步，把一對連續(xù)的信號施加到每個(gè)比較輸出單元31.1至31.N/2。如圖3所示，把接收信號ek104.0和ek-1104.1施加到比較輸出單元31.1，接收的信號ek-N+2104.N-2和ek-N+1104.N-1施加到比較輸出單元31.N/2。在第二步，把在第一步來自兩個(gè)連續(xù)的比較輸出單元中的每一個(gè)的一個(gè)信號，即輸出信號對施加到比較輸出單元32.1至32.N/4。通過增加上述步驟的數(shù)量來減少比較目標(biāo)的數(shù)量。最后一步，即第(log2N)步，只需要一個(gè)比較輸出單元33。最后的比較輸出單元33將來自前一步的兩個(gè)信號相互比較以獲得最大能量值EMAX201。
現(xiàn)在以比較輸出單元31.1為例來描述比較輸出單元的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。其它比較輸出單元的結(jié)構(gòu)同比較輸出單元31.1相同。比較輸出單元31.1中的比較器31.1.1分別通過A和B端口接收信號104.0和104.1，并輸出一個(gè)比較結(jié)果值301。如果端口A接收的信號大于或等于端口B接收的信號，則比較結(jié)果值為1，否則為0。選擇器31.1.2分別通過其L端口和H端口接收信號ek104.0和ek-1104.1。并且根據(jù)比較器31.1.1的比較結(jié)果值301經(jīng)OUTPUT端口有選擇地輸出接收的信號。就是說，當(dāng)經(jīng)S端口接收的比較結(jié)果值301為1時(shí)，則經(jīng)OUTPUT端口302輸出H端口接收的信號104.1，當(dāng)經(jīng)S端口接收的比較結(jié)果值301為0時(shí)，則經(jīng)OUTPUT端口302輸出L端口接收的信號104.0。
參見圖4，描述圖1的PN碼生成控制器16的詳細(xì)操作，經(jīng)計(jì)數(shù)器41的CLEAR端口從自適應(yīng)比值確定器14接收SEARCH_FLAG信號107。當(dāng)接收到0時(shí)，作為低有效(low-active)端口的CLEAR端口將計(jì)數(shù)器41的輸出值141復(fù)位為0。僅當(dāng)CLEAR端口的輸入信號為1時(shí)，計(jì)數(shù)器41在每個(gè)PN碼周期增加一次計(jì)數(shù)輸出值141。比較器42連續(xù)地比較計(jì)數(shù)輸出值141和(N-1)值142，確定計(jì)數(shù)輸出值141是否與(N-1)值142一致，如果確定計(jì)數(shù)輸出值141與(N-1)值142不一致時(shí)，則生成0，否則，生成1，并且將0和1作為PN_CNTL信號108向外輸出。另外，PN_CNTL信號108經(jīng)倒相器43倒相，并施加到計(jì)數(shù)器41的HOLD端口。當(dāng)收到0時(shí)，作為低活動端口的HOLD端口不再增加計(jì)數(shù)輸出值141，只在接收到1時(shí)增加計(jì)數(shù)輸出值141。圖6示出了接收的SEARCH_FLAG信號107和輸出的PN_CNTL信號108之間的定時(shí)關(guān)系。
參見圖5，描述圖1中并行復(fù)數(shù)PN碼生成器17的詳細(xì)操作。在此，只描述同相PN碼的生成。除了生成多項(xiàng)表達(dá)式外，正交相位PN碼的生成與同相位PN碼的生成相同。
假設(shè)生成多項(xiàng)表達(dá)式G(x)為r次冪，生成多項(xiàng)表達(dá)式G(x)在等式14表示為G(X)＝xr+gr-1xr-1+gr-2xr-2+...+g1x+ ...(14)其中，gr-1，gr-2，g1是生成多項(xiàng)表達(dá)式G(x)的的系數(shù)并具有值{0，1}。gr和g0總為1。線性反饋移位寄存器(LFSR)51設(shè)定D觸發(fā)電路52.r至52.1中的(r-1)個(gè)D觸發(fā)電路52.r至52.2的初始值為0，并設(shè)定余下的D觸發(fā)電路52.1的初始值為1。本實(shí)施例中的初始值是一個(gè)典型值，可根據(jù)需要設(shè)定為不同的值。生成多項(xiàng)表達(dá)式的系數(shù)控制門53.r-1至門53.1的操作。例如，當(dāng)生成多項(xiàng)表達(dá)式的系數(shù)g1為1時(shí)，門53.1對輸入不作變化地輸出，當(dāng)系數(shù)g1為0時(shí)，總是輸出0，而與其輸入無關(guān)。
移位寄存器54接收從LFSR 51輸出的ck信號501，并生成圖1中的ck矢量信號105。移位寄存器54包括(N-1)個(gè)D觸發(fā)電路54.1至54.N-1，它的操作類似于串行/并行轉(zhuǎn)換寄存器。
PN_CNTL信號108輸入到LFSR 51中的每個(gè)D觸發(fā)電路52.r至52.1的保持端口。當(dāng)作為低有效端口的保持端口接收到0時(shí)，每個(gè)D觸發(fā)電路的移位操作停止，保持其狀態(tài)。當(dāng)經(jīng)保持端口接收到0時(shí)，每個(gè)D觸發(fā)電路執(zhí)行移位。把PN碼片時(shí)鐘提供給每個(gè)D觸發(fā)電路。這樣，在K個(gè)PN碼周期期間，LFSR 51連續(xù)生成ck信號501，以便通過移位寄存器54中的D觸發(fā)電路54.1至54.N-1的連續(xù)移位生成矢量信號105。然后，當(dāng)在N個(gè)PN碼周期期間PN_CNTL信號108為0時(shí)，D觸發(fā)電路52.r至52.1停止移位并在N個(gè)PN碼周期期間保持前一個(gè)狀態(tài)。同時(shí)，移位寄存器54中的D觸發(fā)電路54.1至54.N-1也停止其移位操作并在N個(gè)PN碼周期期間保持前一個(gè)值，因此，矢量信號105的值在N個(gè)PN碼周期期間保持不變。
PN_CNTL信號108還通過其所有內(nèi)部D觸發(fā)電路54.1至54.N-1施加到移位寄存器54。PN_CNTL信號108對移位寄存器54的操作控制與PN_CNTL信號108對LFSR 51的操作控制相同。
這種交替的移位與保持允許PN碼相位在所需的位置改變。也就是說，首先，在K個(gè)PN碼周期期間將在K個(gè)PN碼周期期間連續(xù)生成的ck矢量信號105的并行復(fù)數(shù)相關(guān)的K個(gè)結(jié)果與圖1中的dk信號101并行地累加，以便同時(shí)搜索N個(gè)代碼相位。當(dāng)使用累加結(jié)果做出關(guān)于代碼同步的確定后仍沒有找到正確的代碼同步時(shí)，生成具有接下來的N個(gè)代碼相位的ck矢量信號105。代碼相位是dk信號101的索引與一個(gè)PN碼索引的相對比較值。由于dk信號101被連續(xù)抽樣和接收，如上所述的在N個(gè)PN碼周期期間保持的ck矢量信號105的值由N個(gè)PN代碼改變了dk信號101與ck矢量信號105的相對代碼相位。就是說，可產(chǎn)生具有接下來的N個(gè)代碼相位的ck矢量信號105。
圖7A至7D用來比較本發(fā)明與常規(guī)搜索技術(shù)的效果。圖7A示出常規(guī)串行搜索技術(shù)確定的結(jié)果。圖7B示出當(dāng)信道功率沒有變化時(shí)由常規(guī)并行搜索技術(shù)確定的結(jié)果(當(dāng)N為4)。圖7C示出當(dāng)信道功率變化時(shí)由常規(guī)并行搜索技術(shù)確定的結(jié)果(當(dāng)N為4)。圖7D示出當(dāng)信道功率變化時(shí)，由根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)比值確定技術(shù)確定的結(jié)果(當(dāng)N為4)。
進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬以驗(yàn)證本發(fā)明的性能，其中無線移動信道中的多普勒頻率設(shè)定為83Hz，并行搜索時(shí)的并行數(shù)設(shè)定為16，計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果如圖8A和8B所示。
圖8A示出被搜索的每個(gè)代碼相位的相關(guān)能量，其中所需的代碼相位是x軸上第33個(gè)代碼相位。然而，從圖8A中證實(shí)，相關(guān)能量在92的代碼相位為最大，在60或60以上的代碼相位的相關(guān)能量明顯大于60以下的代碼相位的相關(guān)能量。這是因?yàn)樵?0或60以上的代碼相位的信道功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于60以下的代碼相位的信道功率，這是由于多普勒效應(yīng)在信道功率引起的變化造成的。如果圖8A所示的相關(guān)能量是如同現(xiàn)有確定技術(shù)通過與特定的確定閾值的簡單比較確定的，則不能找到正確的代碼相位33。
然而，在本發(fā)明中，可以通過將圖8A中的相關(guān)能量分割N個(gè)相關(guān)能量(在此N＝16)并獲得和確定分組中的統(tǒng)計(jì)來獲得正確的代碼相位。
圖8B是表明代碼相位1和代碼相位48之間的放大的范圍。參見圖8B，將48個(gè)代碼相位的結(jié)果分為16個(gè)代碼相位為一組的單元(因?yàn)镹＝16)，將所分的組設(shè)定為組1，組2和組k3。正確的代碼相位33在組3中。另外，最大相關(guān)能量在48個(gè)代碼相位中的第10個(gè)代碼相位。但是本發(fā)明的自適應(yīng)比值確定沒有將代碼相位10確定為正確的代碼相位，因?yàn)榇a相位10所屬的組1的平均能量也很大。
在正確代碼相位33所屬的組3的情況中，代碼相位33的相關(guān)能量很大，但組3的平均能量很小。這樣，本發(fā)明的自適應(yīng)比值確定技術(shù)可將代碼相位33確定為正確的代碼相位。每個(gè)組的統(tǒng)計(jì)分
代碼同步捕獲期間CDMA接收信號中的功率變化導(dǎo)致的誤告警和誤檢測的可能性，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的CDMA接收系統(tǒng)。
此外，通過極大地減少因初始代碼同步捕獲期間CDMA接收信號中的功率變化導(dǎo)致的誤告警和誤檢測的可能性可明顯減少初始代碼同步捕獲的總時(shí)間。
從本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)角度而言，通過并行處理適合于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有硬件的初始代碼同步捕獲裝置，可以通過軟件有效地實(shí)現(xiàn)初始代碼同步捕獲裝置。另外，本發(fā)明提供了一種通過相對于幾個(gè)代碼相位計(jì)算相關(guān)能量的特性與分布來獲得確定閾值的技術(shù)，以便能很好地利用軟件的操作。
本發(fā)明可應(yīng)用于所有采用直接序列CDMA(DS-CDMA)的信號傳輸系統(tǒng)，特別是象目前的蜂窩電話，個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)等之類的系統(tǒng)，以及如IMT-2000之類的第三代移動通信裝置的接收系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種捕獲初始擴(kuò)散代碼同步的方法，該方法用在無線移動信道環(huán)境下的CDMA通信系統(tǒng)的接收機(jī)中，在接收到碼分多址(CDMA)已調(diào)制信號，將它下變換為模擬信號，將得到的信號抽樣到復(fù)數(shù)數(shù)字信號中之后進(jìn)行，該方法包括(a)執(zhí)行N個(gè)并行復(fù)數(shù)相關(guān)以獲得抽樣的復(fù)數(shù)數(shù)字信號與在接收機(jī)內(nèi)生成的N個(gè)并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼之間的相關(guān)性；(b)在N個(gè)并行復(fù)數(shù)相關(guān)結(jié)果中按分量并行地累加連續(xù)生成的K個(gè)并行復(fù)數(shù)相關(guān)結(jié)果；(c)并行地獲得K個(gè)并行復(fù)數(shù)相關(guān)結(jié)果的累積結(jié)果中每一個(gè)分量的的能量值，和(d)使用每個(gè)分量的能量值獲得最大能量值與平均能量值的比值，將該比值與預(yù)定的確定閾值比較，如果該比值大于或等于確定閾值，通過確定與最大能量值對應(yīng)的代碼相位是正確的代碼相位，和否則，確定與最大能量值對應(yīng)的代碼相位不是正確的代碼相位來推斷代碼同步捕獲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括(e)生成具有N個(gè)代碼相位的、且與該N個(gè)并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼相鄰的N個(gè)并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼，當(dāng)在步驟(d)中確定在N個(gè)并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼的代碼相位中沒有正確的代碼相位時(shí)重復(fù)步驟(a)到(d)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在N個(gè)PN碼周期期間，通過保持并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼不改變來把接收的復(fù)數(shù)數(shù)字信號和并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼之間的相對代碼相位改變成N個(gè)代碼相位，以及在N個(gè)PN碼周期期間，通過生成并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼同時(shí)響應(yīng)定期接收的復(fù)數(shù)數(shù)字信號移位并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼來保持相對代碼相位不改變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中設(shè)定最大能量值為相應(yīng)分量的能量值中的最大能量值，設(shè)定平均能量值為最大能量值中不包括的能量值的平均值(N-1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中通過從N個(gè)能量值的和減去最大能量值并將相減結(jié)果除以(N-1)獲得平均能量值。
6.一種捕獲初始擴(kuò)散代碼同步的裝置，該裝置用在無線移動信道環(huán)境下的CDMA通信系統(tǒng)的接收機(jī)中，在接收到碼分多址(CDMA)已調(diào)制信號，將它下變換為模擬信號，將得到的信號抽樣成復(fù)數(shù)數(shù)字信號之后，該裝置包括一個(gè)并行復(fù)數(shù)相關(guān)器，用來生成N個(gè)并行復(fù)數(shù)相關(guān)結(jié)果以獲得抽樣的復(fù)數(shù)數(shù)字信號與接收機(jī)中生成的N個(gè)并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼之間的相關(guān)性；一個(gè)并行復(fù)數(shù)累加器，用來并行地累加連續(xù)生成的K個(gè)并行復(fù)數(shù)相關(guān)結(jié)果；一個(gè)并行能量檢測器，用來并行地獲得K個(gè)累加的并行復(fù)數(shù)相關(guān)結(jié)果的能量值；和一個(gè)自適應(yīng)比值確定器，用于使用每個(gè)分量的能量值獲得最大能量值與平均能量值的比值，將該比值和預(yù)定的確定閾值比較，如果該比值大于或等于確定閾值，則通過確定與最大能量值對應(yīng)的代碼相位是一個(gè)正確的代碼相位來生成一個(gè)搜索推斷信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中當(dāng)確定沒有任何代碼相位在N個(gè)并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散碼的代碼相位中時(shí)，自適應(yīng)比值確定器生成一個(gè)搜索控信號，其中該裝置還包括一個(gè)PN碼生成控制器，用于在搜索控制信號的控制下生成在連續(xù)的K個(gè)PN碼周期的間隔內(nèi)表示移位啟動信號，或在連續(xù)的N個(gè)PN碼周期的間隔內(nèi)表示保持啟動信號的PN碼控制信號；和一個(gè)并行復(fù)數(shù)PN碼生成器，用于響應(yīng)PN碼控制信號生成N個(gè)并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的所述的裝置，其中PN碼生成控制器包括一個(gè)計(jì)數(shù)器，具有一個(gè)清除輸入端口和一個(gè)保持輸入端口，經(jīng)該清除輸入端口接收搜索控制信號，計(jì)數(shù)器用于從0到N-1計(jì)數(shù)，并輸出結(jié)果；和一個(gè)比較器，用于將計(jì)數(shù)器的輸出值與N-1比較，以輸出PN碼控制信號，其中經(jīng)計(jì)數(shù)器的保持輸入端口接收PN碼控制信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的所述的裝置，其中并行復(fù)數(shù)PN碼生成器包括一個(gè)線性反饋移位寄存器，用于生成復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼；和一個(gè)移位寄存器，用于并行生成具有N個(gè)相位的復(fù)數(shù)PN碼，同時(shí)順序存儲線性反饋移位寄存器生成的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中當(dāng)來自PN碼生成控制器的PN碼控制信號表示移位啟動狀態(tài)時(shí)，并行復(fù)數(shù)PN碼生成器生成N個(gè)并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼，同時(shí)使用移位寄存器順序移位線性反饋移位寄存器生成的值，當(dāng)來自PN碼生成控制器的PN碼控制信號表示保持啟動狀態(tài)時(shí)，并行復(fù)數(shù)PN碼生成器通過保持線性反饋移位寄存器和移位寄存器的移位操作來移動輸入到并行復(fù)數(shù)相關(guān)器的抽樣復(fù)數(shù)數(shù)字信號與N個(gè)并行復(fù)數(shù)擴(kuò)散代碼之間的N個(gè)相對代碼相位。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的所述的裝置，其中自適應(yīng)比值確定器包括最大信號檢測器，用于從N個(gè)相應(yīng)分量的能量值檢測最大能量值；加法器，用于對N個(gè)相應(yīng)分量的能量值求和；減法器，用于從加法器的輸出中減去最大能量值；第一除法器，通過將加法器的輸出除以N-1來獲得平均能量值；第二除法器，通過將最大能量值除以平均能量值獲得一個(gè)比值；確定器，通過比較該比值與預(yù)定的確定閾值生成確定值；和確定狀態(tài)定時(shí)生成器，用于響應(yīng)該確定值生成搜索結(jié)論信號和搜索控制信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的所述的裝置，其中最大信號檢測器包括(log2N)個(gè)比較輸出單元，用于把兩個(gè)接收信號相互比較，并輸出兩個(gè)信號中較大的信號。
全文摘要
一種在接收碼分多址(CDMA)信號的接收系統(tǒng)中捕獲初始代碼同步的方法和裝置。在該方法中,利用每個(gè)分量的能量值獲得最大能量值與平均能量值的比值,將該比值與預(yù)定的確定閾值比較。如果該比值大于或等于確定閾值,通過確定與最大能量值對應(yīng)的代碼相位是正確的代碼相位來推斷代碼同步捕獲,否則,確定最大能量值對應(yīng)的代碼相位不是正確的代碼相位,因此,可做出關(guān)于已進(jìn)行代碼同步的穩(wěn)定確定,而幾乎不受無線移動信道中的信道失真引起的CDMA接收信號中的失真的影響。
文檔編號H04B7/26GK1275844SQ0012032
公開日2000年12月6日 申請日期2000年5月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月25日
發(fā)明者全智鏞, 樸亨運(yùn) 申請人:三星電子株式會社