專利名稱：改善多載波信號的解碼的自動增益控制的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及通信，尤其涉及提供對多載波信號的解碼性能改善的技術(shù)。
數(shù)字通信被廣泛地用于許多應(yīng)用中，包括數(shù)字電視、蜂窩式電話和其他。蜂窩式電話中使用的數(shù)字通信系統(tǒng)的例子包括時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)和碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)。這些多址系統(tǒng)支持多信道的同時(shí)傳送，這些信道按照需要分配給用戶并提供使用。
CDMA使用擴(kuò)頻技術(shù)，比其他多址通信系統(tǒng)使用的其他調(diào)制技術(shù)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。在CDMA系統(tǒng)中，每個(gè)通信信道(即分配給特定用戶)的數(shù)據(jù)被編碼并在整個(gè)頻帶上擴(kuò)展。CDMA信號的固有的寬帶特性提供頻率分集，使得選擇性衰落僅僅影響CDMA信號帶寬的一部分?？臻g或者路徑分集是通過提供從兩個(gè)或多個(gè)基站到一個(gè)移動單元的同時(shí)發(fā)送的多個(gè)信號路徑而實(shí)現(xiàn)的。此外，路徑分集可以通過擴(kuò)頻處理開拓多徑環(huán)境來獲得的，其中以不同傳播延遲到達(dá)的信號被分別地接收和處理，而后被合并。
CDMA系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)成符合“雙模寬帶擴(kuò)頻蜂窩系統(tǒng)的TIA/EIA/IS-95移動站-基站兼容性標(biāo)準(zhǔn)”，以下稱為IS-95-A標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了可供每個(gè)CDMA信號使用的信道的數(shù)目以及CDMA信號的帶寬。例如，符合IS-95-A標(biāo)準(zhǔn)的CDMA信號(即“標(biāo)準(zhǔn)”的CDMA信號)包括最高達(dá)64的正交沃爾什信道和帶寬為1.2288MHz。
為了實(shí)現(xiàn)更大的數(shù)據(jù)發(fā)送能力，可以采用寬帶CDMA信號或多種標(biāo)準(zhǔn)CDMA信號。一種這樣的信號是多載波(MC)信號，這是由“CDMA 2000擴(kuò)頻系統(tǒng)的TR-45物理層標(biāo)準(zhǔn)”(稱為IS-95-C標(biāo)準(zhǔn)，這里通過參考引入)定義的。多載波信號包括三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)CDMA信號，最高提供三倍標(biāo)準(zhǔn)CDMA信號的數(shù)據(jù)發(fā)送能力。
對CDMA信號編碼和調(diào)制，在噪聲發(fā)送環(huán)境發(fā)送。按照IS-95-A標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)制包括用對應(yīng)于每個(gè)通信信道的獨(dú)特沃爾什碼“覆蓋”該信道以及用對特定發(fā)送基站唯一的偽噪聲(PN)序列“擴(kuò)展”該被覆蓋的信道。沃爾什覆蓋提供信道之間的正交性，PN擴(kuò)展在整個(gè)CDMA信號帶寬上擴(kuò)展這些被覆蓋的信道。因此，每個(gè)CDMA信號是多個(gè)的分別被覆蓋和擴(kuò)展信道(例如，對于IS-95-A系統(tǒng)最高達(dá)到64)的組合。
CDMA信號被接收器接收和處理。在許多接收器設(shè)計(jì)中，接收的RF信號由模擬電路調(diào)節(jié)和濾波，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)采樣和量化。接收的RF信號包括需要的信號(例如一個(gè)或多個(gè)CDMA信號)以及不需要的信號。通常，提供一級或多級濾波，以去除不需要的信號。各濾波器級中的一級通常是模擬濾波器，它具有與被解調(diào)信號的帶寬相匹配的帶寬(例如，對于IS-95-A兼容CDMA信號，約為1.26MHz)。
通常，在由ADC進(jìn)行采樣和量化之前執(zhí)行匹配濾波，從接收的信號中去除最佳(或近最佳)的噪聲量。典型地，提供給ADC輸入的信號(即需要的信號加上噪聲)的幅度維持為ADC引入最少(或近最少)的飽和量加上量化噪聲。具有過高帶寬的濾波器的濾波導(dǎo)致含有比最佳情況更多的噪聲。附加的噪聲會需要更大動態(tài)范圍ADC來達(dá)到相同的飽和量加上量化噪聲。相反，具有窄帶寬的濾波器的濾波導(dǎo)致去除比最佳情況更多的需要信號。
為什么在由ADC進(jìn)行采樣之前執(zhí)行匹配濾波是不實(shí)際的原因有幾個(gè)。例如，輸入信號可能含有數(shù)個(gè)調(diào)制信號，它可能需要利用最少個(gè)數(shù)的ADC對所有調(diào)制信號進(jìn)行采樣(即降低成本和電路復(fù)雜性)。作為另一個(gè)例子，輸入信號可能具有一個(gè)可變的帶寬(即對于可變數(shù)據(jù)速率的系統(tǒng))，利用帶寬與最大帶寬匹配的濾波器可能是更有效的。對于這些例子中的每一個(gè)，對于每個(gè)感興趣的信號帶寬可以采用多個(gè)模擬匹配濾波器。然而，這種“強(qiáng)制”法增加電路復(fù)雜性和成本。
按照IS-95-A標(biāo)準(zhǔn)，卷積編碼用于提供接收的數(shù)據(jù)位的差錯(cuò)校正能力。在接收器，在由匹配濾波器濾波、由ADC采樣和量化、以及由解調(diào)器解調(diào)后，將經(jīng)解調(diào)的數(shù)據(jù)采樣提供給解碼電路。典型地，解碼器用于執(zhí)行對卷積編碼數(shù)據(jù)的最大似然性解碼。對于最佳性能，解碼器要求輸入信號(或軟件決定采樣)滿足特定條件。具體而言，能夠表明，當(dāng)至解碼器的輸入信號被信號頻帶內(nèi)的總噪聲按比例縮放時(shí)，解碼器在最佳或近最佳狀態(tài)下工作。然而，當(dāng)ADC前的濾波器與信號帶寬不匹配時(shí)，提供給解碼器的信號小于最佳的，解碼性能劣化。
發(fā)明概要本發(fā)明提供能夠用于改善多載波信號的解碼性能的技術(shù)。按照本發(fā)明，多載波信號初始用一個(gè)帶寬等于或比要解調(diào)和解碼的信號的帶寬更寬的模擬濾波器進(jìn)行濾波。因此，模擬濾波器的帶寬可以比匹配濾波器的更寬。然后對濾波后的信號采樣(即通過ADC)。對于要處理的每個(gè)信號，然后用一個(gè)離散的時(shí)間匹配濾波器對采樣進(jìn)行濾波、縮放、量化并提供給解碼器。采用AGC環(huán)路來維持適當(dāng)?shù)男盘栯娖降搅炕髦?。因此，匹配濾波和增益控制是在初始采樣階段之后進(jìn)行的。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供處理需要信號以解碼(即通過解碼器)的方法。按照該方法，接收一輸入信號，包括需要的信號和附加的信號，用帶寬比需要信號的帶寬更大的第一濾波器對該信號濾波。然后對濾波后的信號采樣，以產(chǎn)生離散的時(shí)間采樣，用離散的時(shí)間匹配濾波器作進(jìn)一步濾波，以產(chǎn)生濾波后的采樣。然后用一個(gè)縮放因子對濾波后的采樣進(jìn)行縮放以及量化。測量與量化后采樣(即功率)的幅度相關(guān)的量值，并按照測得的量值調(diào)節(jié)該縮放因子?？梢詫α炕蟮牟蓸幼鬟M(jìn)一步處理(即解調(diào))并提供給解碼器。需要的信號可以是正交調(diào)制信號，在這種情況中匹配濾波、縮放、量化是需要信號的同相和正交相分量上進(jìn)行的。
縮放因子的調(diào)節(jié)可以由自動增益控制(AGC)環(huán)路進(jìn)行，它將測量得到的量值(例如，量化采樣的信號功率)與一預(yù)定值作比較，以產(chǎn)生一個(gè)誤差值。然后AGC環(huán)路對該誤差值濾波，產(chǎn)生縮放因子。在一個(gè)實(shí)施例中，環(huán)路濾波可以利用累加器進(jìn)行。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供一種對多載波信號進(jìn)行處理以解碼的方法。多載波信號包括兩個(gè)或以上擴(kuò)頻信號。按照本方法用帶寬比擴(kuò)頻信號中任何一個(gè)的帶寬更大的第一濾波器對多載波信號濾波。然后對濾波后的信號量化，以產(chǎn)生離散的時(shí)間采樣。然后對通過第一濾波器接收的一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)頻信號進(jìn)行處理。每個(gè)擴(kuò)頻信號的處理包括用一個(gè)離散的時(shí)間濾波器對離散的時(shí)間采樣濾波，提供經(jīng)濾波的采樣。離散的時(shí)間濾波器具有與要處理的特定擴(kuò)頻信號帶寬相匹配的帶寬。然后用一個(gè)縮放因子對濾波后的采樣進(jìn)行縮放，以及對縮放后的采樣量化。測量與量化后采樣(即功率)的幅度相關(guān)的量值，以及按照測得的量值調(diào)節(jié)縮放因子?？s放因子可以由AGC環(huán)路來調(diào)節(jié)，AGC環(huán)路將測量得到的量值與AGC設(shè)定值作比較，產(chǎn)生誤差值，以及對誤差值濾波，產(chǎn)生縮放因子。再有，如果擴(kuò)頻信號是正交調(diào)制信號可以進(jìn)行正交處理。
本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例提供一種在準(zhǔn)備作解碼中對需要的信號進(jìn)行處理的接收器。接收器包括模擬濾波器、采樣器、匹配濾波器、縮放器、量化器和增益控制電路。模擬濾波器接收一輸入信號，該輸入信號包括需要的信號和附加的信號。模擬濾波器具有比需要信號的帶寬更大的帶寬，并用來反混淆(anti-aliasing)。采樣器與模擬濾波器耦合并被配置成對濾波后的信號采樣，以提供離散的時(shí)間采樣。匹配濾波器與采樣器耦合并被配置成提供離散時(shí)間采樣的匹配濾波?？s放器與匹配濾波器耦合并被配置成用一縮放因子對濾波后的采樣進(jìn)行縮放，以提供縮放后的采樣。量化器與縮放器耦合并被配置成對縮放采樣進(jìn)行量化，提供具有預(yù)定數(shù)目的分辨率位的量化采樣。增益控制電路與縮放器和量化器耦合并被配置成接收來自量化器的量化采樣和為縮放器產(chǎn)生縮放因子。
增益控制電路可以用檢測器和環(huán)路濾波器來實(shí)現(xiàn)。檢測器耦合到量化器并被配置成檢測與量化采樣的幅度相關(guān)的量值，產(chǎn)生指示檢測量值的數(shù)據(jù)。環(huán)路濾波器耦合到檢測器并被配置成接收所述數(shù)據(jù)以及按照所述數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)縮放因子。
為了進(jìn)一步理解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)參考詳細(xì)描述并結(jié)合附圖。
附圖簡述

圖1是多載波(MC)信號的曲線，它包括三個(gè)調(diào)制信號。
圖2示出處理圖1所示多載波信號的接收器的一實(shí)施例的簡化方框圖。
圖3示出處理圖1所示多載波信號的另一接收器的一實(shí)施例的簡化方框圖。
圖4示出AGC單元的一實(shí)施例的圖。
圖5示出CDMA信號的解調(diào)單元的一實(shí)施例的圖。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述圖1示出多載波(MC)信號的一曲線圖，包括中心頻率分別在f1、f2和f3并占據(jù)BW1、BW2和BW3帶寬的調(diào)制信號。三個(gè)調(diào)制信號占據(jù)總帶寬BWRX。每個(gè)調(diào)制信號是用其自己的載波信號產(chǎn)生的，調(diào)制信號因此也稱為多載波信號的“子載波”。三個(gè)調(diào)制信號內(nèi)的數(shù)據(jù)能夠從多發(fā)射源或單個(gè)源發(fā)射。三個(gè)調(diào)制信號可以用于例如增加通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送能力。
在一實(shí)施例中，多載波信號對應(yīng)于由IS-95-C標(biāo)準(zhǔn)定義的多載波模式中的發(fā)射信號。在本實(shí)施例中，每個(gè)調(diào)制信號對應(yīng)于帶寬約為1.26MHz的CDMA擴(kuò)頻信號。為了便于實(shí)施，CDMA信號可以在頻率上均等地分開(即Δf＝f3-f2＝f2-f1)。為了有效地利用可供使用的信號頻譜，CDMA信號可以通過接近信號帶寬或Δf≈BW分開，這里BW是CDMA信號的帶寬。
圖2示出用于處理圖1所示的多載波信號的接收器200的一實(shí)施例的簡化方框圖。發(fā)射的信號被天線212接收，通過雙工器214選路由，提供給前端單元216。前端單元216對接收的信號進(jìn)行調(diào)節(jié)、濾波和下變頻，并將處理后的信號(即在適當(dāng)?shù)南伦冾l頻率下)提供給匹配濾波器單元220a、220b和220c。每個(gè)匹配濾波器單元220包括一個(gè)匹配濾波器222，與可變增益放大器(VGA)224串聯(lián)耦合。濾波器222對每個(gè)調(diào)制信號提供匹配濾波，并具有與它工作的特定信號的帶寬相匹配的帶寬。VGA 224提供濾波信號的可調(diào)節(jié)增益，受來自AGC 240的增益控制信號的控制。來自每個(gè)VGA 224的放大信號提供給各個(gè)ADC 230，它對信號進(jìn)行量化，產(chǎn)生量化的數(shù)據(jù)采樣。量化的數(shù)據(jù)采樣被進(jìn)一步解調(diào)和解碼(圖2中未示出)。量化的數(shù)據(jù)采樣還提供給AGC電路240。
圖2中所示的接收器體系結(jié)構(gòu)包括幾個(gè)缺點(diǎn)。首先，本接收器體系結(jié)構(gòu)使用三個(gè)模擬匹配濾波器和三個(gè)增益控制環(huán)路。通常，模擬濾波器比離散的時(shí)間濾波器實(shí)施的成本更高，需要附加的接線板區(qū)，增加電路復(fù)雜性，降低電路可靠性。固定帶寬模擬濾波器還是不靈活的，對變化帶寬的信號，不能用作匹配濾波器。其次，這一接收器體系結(jié)構(gòu)使用三個(gè)ADC(或?qū)τ跀?shù)字正交解調(diào)是三對ADC)，對于信號子載波設(shè)計(jì)，這是ADC數(shù)目的三倍。
圖3示出一個(gè)簡化的方框圖，表示處理圖1所示多載波信號的另一接收器300的實(shí)施例。發(fā)射信號被天線312接收，通過雙工器314選路由，提供給前端單元320。前端單元320包括混合器322、濾波器324和可變增益放大器(VGA)326。混合器對接收信號從射頻(RF)下變頻到中頻(IF)或基帶。濾波器對下變頻的信號進(jìn)行濾波，VGA 326對濾波后的信號放大。
在圖3中，混合器322代表從天線到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的接收信號路徑中的所有頻率轉(zhuǎn)換級，濾波器324代表接收信號路徑中的總濾波，VGA 326代表接收信號路徑中的總(和可變)增益。在絕大多數(shù)接收器設(shè)計(jì)中，通常提供多級頻率下變頻、濾波和放大。濾波和低噪聲放大通常是在頻率下變換前進(jìn)行的。濾波器324的帶寬與要解調(diào)的信號的帶寬相關(guān)。在一特定實(shí)施例中，對于圖1所示的多載波信號，濾波器324的帶寬與多載波信號或BWRX相匹配。然而，也可以采用更寬帶寬的濾波器。
前端單元320可以用各種設(shè)計(jì)來實(shí)施。頻率下轉(zhuǎn)換、濾波和放大在接收信號路徑上可以用各種方式來分布。濾波器324可以中心位于基帶或在IF上。前端單元320的一種特定設(shè)計(jì)在1997年12月9日提交的題目為“具有σδ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的接收器”的美國專利申請08/987,306和1997年12月9日提交的題目為“可編程的線性接收器”的美國專利申請08/987,305中作了揭示，二專利均轉(zhuǎn)讓本發(fā)明的受讓人，至此通過參考引入。
來自前端單元320的放大信號提供給ADC 330，它對信號進(jìn)行采樣，產(chǎn)生離散的時(shí)間數(shù)據(jù)采樣。離散的時(shí)間數(shù)據(jù)采樣提供給AGC電路340、混合器352a和352b、和濾波器354b。
為了清楚起見，圖3中僅示出一個(gè)ADC 330。對于諸如QPSK(正交相相移鍵控)、OQPSK(偏移正交相相移鍵控)和PSK(相移鍵控)的許多數(shù)字調(diào)制格式，進(jìn)行正交相解調(diào)。對于這些調(diào)制格式，將接收信號解調(diào)為一個(gè)同相分量和一個(gè)正交相分量。在許多接收器設(shè)計(jì)中，利用模擬電路進(jìn)行正交相解調(diào)，產(chǎn)生模擬基帶I和Q信號，用I和Q ADC對其進(jìn)行量化。在其他的接收器設(shè)計(jì)中，利用一個(gè)帶通ADC在IF下對接收信號進(jìn)行量化，正交解調(diào)是以數(shù)字方式進(jìn)行的。
AGC電路340調(diào)節(jié)VGA 326的增益，將提供給ADC330的信號維持在適當(dāng)信號電平下。選擇這一信號電平，使量化的量加上來自ADC的飽和噪聲最小化。例如，如果信號電平小，產(chǎn)生更大量的量化噪聲(相對于需要的信號)。相反，如果信號電平大，由于ADC(一般是有限動態(tài)范圍)的限幅，產(chǎn)生更大量的飽和噪聲(相對于需要的信號)。最佳信號電平使得信號-總噪聲比最大。對于CDMA信號，可以表明，當(dāng)利用4位ADC時(shí)，如果I和Q基帶信號的均方根(RMS)信號電平各設(shè)定在全比例的3/8或者±3LSB，能夠獲得最佳或接近最佳的性能。對于具有大(或者無限)動態(tài)范圍的ADC，可以不需要AGC電路340。
在AGC電路340中，將離散的時(shí)間數(shù)據(jù)采樣提供給接收信號強(qiáng)度指示器(RSSI)342，它檢測數(shù)據(jù)采樣的功率。對于正交解調(diào)信號，接收功率電平(I0)與來自ADC的采樣的功率相關(guān)，這可以計(jì)算為I0∝I0，ADC＝IADC2+QADC2，這里IADC是來自I ADC的數(shù)據(jù)采樣，而QADC是來自Q ADC的數(shù)據(jù)采樣。檢測功率提供給加法器344，它將檢測功率與ADC設(shè)定電平作比較，產(chǎn)生一個(gè)誤差信號。ADC設(shè)定電平確定提供給ADC330的信號電平，以及因此來自ADC 330的采樣的功率。在一個(gè)特定實(shí)施例中，ADC 330具有4位分辨率，ADC設(shè)定電平被設(shè)定為I0，ADC＝IADC2+QADC2＝18，對于單個(gè)CDMA信號或者包含3個(gè)CDMA信號的多載波信號。來自加法器344的誤差信號提供給環(huán)路濾波器346，它對誤差信號進(jìn)行濾波，為VGA 326產(chǎn)生一個(gè)控制信號。在一實(shí)施例中，環(huán)路濾波器346實(shí)施為一個(gè)具有傳遞函數(shù)KA/s的積分器，這里KA是積分器的增益。KA是確定AGC環(huán)路帶寬的因子之一。
在一實(shí)施例中，對于圖1所示的多載波信號，混合器322對接收信號進(jìn)行下變頻，中心位于f2的調(diào)制信號被下變頻到基帶。來自ADC 330的離散時(shí)間數(shù)據(jù)采樣包括中心在f2的信號(它已經(jīng)被下變頻到基帶)、中心在f1的調(diào)制信號(它已經(jīng)被下變頻到-Δf)、中心在f2的調(diào)制信號(它已經(jīng)被下變頻到+Δf)。中心在-Δf和+Δf的調(diào)制信號在接下來的數(shù)字下變頻步驟中被混合器352a和352b進(jìn)一步下變頻到基帶。例如，混合器352a和352b利用數(shù)字去旋轉(zhuǎn)能夠分別將中心在-Δf和+Δf的數(shù)據(jù)采樣下變頻到基帶。來自混合器352a和352b的基帶數(shù)據(jù)采樣分別提供給濾波器354a和354c。
濾波器354a、354b和354c是帶寬與它們各自輸入信號的帶寬相匹配的匹配濾波器。例如，濾波器354a與原始中心在f1的第一調(diào)制信號相匹配、濾波器354b與原始中心在f2的第二調(diào)制信號相匹配濾波器、而354c與原始中心在fs的第三調(diào)制信號相匹配。濾波器354能夠?qū)嵤橐粋€(gè)有限脈沖響應(yīng)濾波器(FIR)、無限脈沖響應(yīng)濾波器(IIR)、多相濾波器、或本領(lǐng)域已知的其他濾波器拓?fù)洹Ｒ部梢詫V波后的數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行抽取，以降低采樣速率。對于正交解調(diào)，濾波器354a、354b和354c中每一個(gè)包括一個(gè)濾波器針對I數(shù)據(jù)采樣，另一個(gè)濾波器針對Q數(shù)據(jù)采樣。
來自濾波器354a至354c的濾波采樣分別提供給AGC單元356a至356c，后者對數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行重新縮放和量化，以改善解碼性能。來自AGC單元356a至356c的量化數(shù)據(jù)采樣分別提供給解調(diào)單元358a至358c，后者對數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行解調(diào)。以下對AGC單元356和解調(diào)器單元358作進(jìn)一步詳細(xì)描述。解調(diào)后的采樣通過復(fù)用器(MUX)360進(jìn)行復(fù)用被提供給解碼器370，后者對采樣進(jìn)行解碼。在一個(gè)實(shí)施例中，解碼器370包括一個(gè)解碼器。
圖4示出一個(gè)信號路徑(即有待處理和解碼的一個(gè)調(diào)制信號)的一個(gè)AGC單元356的一個(gè)實(shí)施例圖。濾波后的數(shù)據(jù)采樣提供給縮放器412，后者用從環(huán)路濾波器420提供的一縮放系數(shù)對數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行縮放?？s放后的數(shù)據(jù)采樣提供給量化器414，后者對數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行量化并對量化后采樣進(jìn)行舍入。在一個(gè)特定實(shí)施例中，濾波后的數(shù)據(jù)采樣具有11位分辨率，量化器414對每個(gè)量化后采樣舍入到4位。來自量化器414的輸出包括來自AGC單元356的量化數(shù)據(jù)采樣。
正如如4所示，AGC單元356包括一個(gè)縮放器412和一個(gè)量化器414。對于正交解調(diào)器，為I數(shù)據(jù)采樣提供一組縮放器和量化器，為Q數(shù)據(jù)采樣提供另一組縮放器和量化器。I和Q縮放器的縮放系數(shù)可以是相同的。另一方面，縮放系數(shù)可以具有相同的平均幅度，但是正交的(即，允許作濾波后的數(shù)據(jù)采樣的去旋轉(zhuǎn))量化后的數(shù)據(jù)采樣(即來自I和Q兩個(gè)量化器)提供給RSSI 416，后者檢測數(shù)據(jù)采樣的功率。對于正交解調(diào)，要解調(diào)的信號的功率與來自量化器的采樣的功率相關(guān)，后者可以計(jì)算為I0Qi＝IQi2+QQi2，這里IQi是第i信號路徑的來自I量化器的量化數(shù)據(jù)采樣，QQi是第i信號路徑的來自Q量化器的量化數(shù)據(jù)采樣。來自量化器的檢測功率(I0Qi)提供給加法器418，后者比較該檢測功率與待處理的特定信號的AGC設(shè)定電平。AGC設(shè)定電平確定提供給解碼器370的量化數(shù)據(jù)采樣的功率(和信號電平)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，對于CDMA信號，AGC設(shè)定電平被設(shè)定為I0Qi＝18。加法器418產(chǎn)生一個(gè)誤差信號，提供給環(huán)路濾波器420。環(huán)路濾波器420對誤差信號進(jìn)行濾波，為縮放器412產(chǎn)生縮放系數(shù)。在一實(shí)施例中，環(huán)路濾波器420實(shí)施為具有傳遞函數(shù)KBi/s的積分器，這里KBi是第i信號路徑的積分器的增益。在本實(shí)施例中，積分器可以用累加器實(shí)施。
圖5示出CDMA信號的解調(diào)單元358的實(shí)施例圖。來自每個(gè)AGC單元356的量化數(shù)據(jù)采樣提供給各自的解調(diào)單元358。對于CDMA信號，在解調(diào)單元358，將量化數(shù)據(jù)采樣提供給乘法器512，后者用PN序列對采樣進(jìn)行去擴(kuò)展，該P(yáng)N序列與對該特定CDMA信號的在發(fā)射器上使用的PN序列相匹配。去擴(kuò)展后的信號提供給去覆蓋器514，后者用對應(yīng)于要解調(diào)的信道的沃爾什碼對采樣進(jìn)行去覆蓋。具體地說，在去覆蓋器514中，去擴(kuò)展后的采樣提供給乘法器516，后者用對應(yīng)于要解調(diào)的信道的沃爾什碼的沃爾什符號與采樣進(jìn)行相乘。來自乘法器516的結(jié)果乘積提供給累加器(ACC)518，后者在沃爾什符號序列(例如，CDMA的64個(gè)符號)的長度上對這些乘積進(jìn)行累加。去覆蓋的采樣提供給點(diǎn)積電路520，后者進(jìn)行采樣與去覆蓋導(dǎo)頻信號的點(diǎn)積，以進(jìn)行相干解調(diào)。
CDMA接收器典型地采用載波跟蹤環(huán)路來跟蹤要解調(diào)的CDMA信號的導(dǎo)頻(或載波)信號。去覆蓋后的導(dǎo)頻信號包括有關(guān)接收信號的信號強(qiáng)度的信息。去覆蓋的導(dǎo)頻信號還包括相干檢測所用(通過點(diǎn)積)的相位信息。PN去擴(kuò)展、沃爾什去覆蓋和相干解調(diào)在1992年4月7日授予的美國專利5,103,459中作進(jìn)一步描述，該專利的題目為“CDMA蜂窩式電話系統(tǒng)中產(chǎn)生信號波形的系統(tǒng)和方法”，在此通過參考引入。
參考圖3，來自ADC 330的數(shù)據(jù)采樣的功率由AGC電路340設(shè)定為預(yù)定功率電平或I0，ADC＝β。對于圖1所示的多載波信號，3個(gè)調(diào)制信號具有I01、I02和I03的功率。I0代表濾波器324的帶寬內(nèi)的總信號加上噪聲功率。同樣，I01、I02和I03分別代表濾波器354a、354b和354c帶寬內(nèi)的總信號加上噪聲功率。典型地，可以作以下近似I0＝I01+I02+I03解碼器執(zhí)行接收數(shù)據(jù)采樣的最大似然解碼。從最大似然原則，使誤差的概率最小的假設(shè)解以下方程式mpdf(x|m)＝max1{pdf(x|1)} (1)式中m是對應(yīng)于發(fā)射的編碼比特的一種假設(shè)的矢量，x是接收的軟決定(即，提供給解碼器的4位數(shù)據(jù)采樣)。在時(shí)間n，如果假設(shè)x或E[xn]的預(yù)期值μn，只要是發(fā)射一個(gè)“0”(和-μn，只要是發(fā)射“1)，以及xn上的噪聲是具有標(biāo)準(zhǔn)偏差σn的附加白高斯噪聲(AWGN)，那么可以作以下表明pdf(x|m)=Πn12πσne-(xn-an,mμn)22σn2----(2)]]>式中an，m是假設(shè)m的第n元，具有+1或是-1的值。
為求解最大似然假設(shè)的等值解方程式，(1)和(2)可以合并為m:Σnan,mμnxnσn2=max1{Σnan,lμnxnσn2}----(3)]]>
在方程式(3)中，μnxn代表需要信號的功率，σn2代表在需要信號頻帶內(nèi)的噪聲的功率。最大似然原則和上述方程式的導(dǎo)數(shù)在R.Blahut所著的題目為“信息的數(shù)字發(fā)送”(1990出版，p.170-175)中作進(jìn)一步描述，該文在此通過參考引入。
對于圖3所示的接收器實(shí)施方案，采樣AGC單元356旁通，方程式(3)中的項(xiàng)可以近似為μn≈KpEnp----(4)]]>xn≈KdEnp----(5)]]>σn≈KσI0----(6)]]>式中Enp是導(dǎo)頻信號在時(shí)間n的值，Enp是數(shù)據(jù)采樣在時(shí)間n的值，I0是通過濾波器324接收的總功率，Kp、Kd和Kσ是硬件因子。對于CDMA擴(kuò)頻信號，接收信號包括所有沃爾什通道的信號。
對于CDMA系統(tǒng)，噪聲(σn2)可以近似為帶內(nèi)接收信號的總功率加上噪聲，或I0。將方程式(4)至(6)替代到方程式(3)中，利用下式解碼器對最好假設(shè)m求解m:Σn(±EnpEnd)an,mI0=max1{Σn(±EnpEnd)an,lI0}----(7)]]>在方程式(7)中，預(yù)期的導(dǎo)頻信號(Enp)和預(yù)期的數(shù)據(jù)采樣(End)在均方根下的乘積是通過解調(diào)單元356內(nèi)的點(diǎn)積520進(jìn)行的。均方根前端的符號是由點(diǎn)積后的符號確定的。除以I0是通過AGC電路340實(shí)現(xiàn)的。方程式(7)代表由AGC單元356內(nèi)解碼器求解的假設(shè)。
在方程式(7)中，均方根下的量指示要解調(diào)的所需信號。對于單載波或多載波兩種模式，導(dǎo)出均方根下量的點(diǎn)積是利用從所需調(diào)制信號(或子載波)內(nèi)獲得的能量形成的。然而，正如方程式(7)中所表示的，沒有AGC單元356，提供給解碼器的信號由ADC提供的總功率作縮放。對于多載波信號，I0包括信號的總功率加上來自所有三個(gè)解調(diào)信號的噪聲。
正如方程式(3)所述，為了改善解碼性能，提供給解碼器的數(shù)據(jù)采樣應(yīng)當(dāng)僅由所需信號頻帶內(nèi)的噪聲功率(或I0i，這里i是要解碼的特定調(diào)制信號并具有i＝1，2和3的值)進(jìn)行縮放。每個(gè)調(diào)制信號(I01、I02和I03)的噪聲功率可以近似為總功率(I0)乘上縮放因子(Kσ2)。Kσ2可以基于要解碼的特定信號(BW1、BW2和BW3)的帶寬、總多載波信號(BWRX)的帶寬和頻譜特性來確定。對于圖1所示的多載波信號，這里三個(gè)調(diào)制信號具有相等帶寬和相同接收功率電平，每個(gè)調(diào)制信號的噪聲功率可以近似為總測量噪聲功率的1/3，或者I0i＝I0/3。
通過使總噪聲功率縮小3倍而估測需要信號頻帶內(nèi)的噪聲功率在許多情況中是不準(zhǔn)確的。例如，三個(gè)調(diào)制信號可以以不同的功率電平(即I01≠I02≠I03)發(fā)射和接收。此外，每個(gè)調(diào)制信號還可以不同地加載(即在一個(gè)CDMA信號中10次呼叫而在另一個(gè)CDMA信號中1次呼叫)。此外，多載波信號可以經(jīng)歷瑞利衰落，這種衰落使不同頻率的信號衰落不同的量。對于這些及其他原因，在位xn上的噪聲功率(σn2)不能準(zhǔn)確地近似為Kσ2I0，因?yàn)镮0是所有三個(gè)調(diào)制信號的總功率，而位xn的能量是僅從一個(gè)調(diào)制信號導(dǎo)出的。
位xni上的噪聲標(biāo)準(zhǔn)偏差σni的更好近似是從其提取位xni的調(diào)制信號中的總功率，或σni≈Ioi----(8)]]>方程式(8)的近似提供改善的解碼性能。為了實(shí)現(xiàn)這一近似，AGC單元用作通過要解碼的特定調(diào)制信號的近似噪聲功率使濾波后信號采樣作適當(dāng)縮放。
回過來參考圖3，AGC電路340調(diào)節(jié)提供給ADC 330的信號(即多載波)的電平，使量化和飽和噪聲最小。來自ADC 330的功率電平由多載波信號的總噪聲或I0作縮放。濾波器354對來自ADC 330的數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行匹配濾波，僅(或主要)提供所需信號頻帶內(nèi)的信號和噪聲。來自其他調(diào)制信號的帶外信號和噪聲被濾除。
參考圖4，AGC 356用縮放系數(shù)對濾波后的數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行縮放，對縮放后的數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行量化、以及調(diào)節(jié)縮放系數(shù)，從而使量化的數(shù)據(jù)采樣的功率設(shè)定為特定AGC設(shè)定電平或設(shè)定點(diǎn)(例如I0i＝AGC設(shè)定點(diǎn))。因此，來自AGC單元356的量化數(shù)據(jù)采樣被縮放因子(1/I0i)有效地縮放。
圖3中的接收器體系結(jié)構(gòu)執(zhí)行采樣、離散時(shí)間匹配濾波、和離散時(shí)間AGC，以產(chǎn)生解碼器的數(shù)據(jù)采樣。采樣是通過ADC 330進(jìn)行的。要當(dāng)心，以保證提供給ADC 330的信號的信號電平不會設(shè)定得太低(導(dǎo)致過量的量化噪聲)或者設(shè)定得太高(導(dǎo)致過量的飽和噪聲)。適當(dāng)?shù)男盘栯娖侥軌蛲ㄟ^系統(tǒng)模擬或者通過經(jīng)驗(yàn)測量來確定。
離散時(shí)間匹配濾波是通過濾波器354進(jìn)行的。通過AGC單元356的離散時(shí)間自動增益控制包括縮放和量化，給解碼器提供適當(dāng)信號電平并具有所需位數(shù)的數(shù)據(jù)采樣。在圖3所示的接收器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，解調(diào)單元358提供預(yù)定信號增益。于是，AGC單元356的數(shù)據(jù)增益設(shè)定成這樣，即用解調(diào)單元的預(yù)定增益，以適當(dāng)電平將數(shù)據(jù)采樣提供給解碼器。
對圖3所示的特定接收器體系結(jié)構(gòu)可以作出各種改進(jìn)。在一種設(shè)計(jì)中，可以將ADC 330配置成進(jìn)行接收信號的帶通采樣。在本設(shè)計(jì)中，對于要解調(diào)的每個(gè)信號，將帶通數(shù)據(jù)采樣提供給一對I和Q混合器，它們執(zhí)行數(shù)字正交下變頻。在本設(shè)計(jì)中，在數(shù)字下變頻前或后能夠?qū)ζヅ錇V波器定位，如果在數(shù)字下變頻前定位便實(shí)施為帶通濾波器，而如果在數(shù)字下變頻后定位便實(shí)施為低通濾波器。如果在數(shù)字下變頻前對匹配濾波器定位，混合器可以與AGC單元356內(nèi)的縮放器合并(或有其進(jìn)行)。提供給縮放器的縮放因子則提供數(shù)據(jù)采樣的縮放或去旋轉(zhuǎn)二者。其他的接收器設(shè)計(jì)或改進(jìn)是可能的，這在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
本發(fā)明可以用作任何調(diào)制格式，包括數(shù)字調(diào)制格式(例如QPSK、FSK、PSK及其他)、模擬調(diào)制格式(例如AM和FM)以及其他格式。例如，圖1所示的每個(gè)調(diào)制信號可以包括CDMA擴(kuò)頻信號。然而，調(diào)制信號也可以利用不同的調(diào)制格式進(jìn)行調(diào)制。為了清楚起見，本發(fā)明一直以CDMA信號作描述的。
本發(fā)明一直以為改善解碼性能而調(diào)節(jié)信號電平來描述的。然而，本發(fā)明可以用于調(diào)節(jié)任何需要特定信號電平的過程如(多電平)解調(diào)、信號檢測等等的信號電平。因此本發(fā)明不限于僅供解碼器使用。
以上描述的信號處理能夠以各種方式實(shí)施。例如，處理能夠通過專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)、控制器、微處理器、或?yàn)閳?zhí)行這里所述功能而設(shè)計(jì)的其他電路來進(jìn)行。此外，信號處理可以通過在處理器上執(zhí)行的軟件代碼或者硬件與軟件代碼的組合來進(jìn)行。
提供對特定實(shí)施例的以上描述是使得本領(lǐng)域的任何專業(yè)技術(shù)人員能夠制造或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的各種改進(jìn)對于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員而言是顯而易見的，這里限定的一般原理可以應(yīng)用到其他實(shí)施例，而不需要使用創(chuàng)造才能。因此，本發(fā)明不希望被限制于這里說明的實(shí)施例，而是按照這里揭示的原理和新穎特征相一致的最寬范圍。
權(quán)利要求
1.一種對需要信號進(jìn)行處理以解碼的方法，其特征在于所述方法包括提供一輸入信號，其中該輸入信號包括需要的信號和附加的信號；用帶寬比需要信號的帶寬更大的第一濾波器對接收的信號濾波；對濾波后的信號采樣，以產(chǎn)生離散的時(shí)間采樣；用一個(gè)離散的時(shí)間匹配濾波器對離散的時(shí)間采樣濾波；用一個(gè)縮放因子對濾波后的采樣進(jìn)行縮放；對縮放后的采樣量化；測量與量化后采樣的幅度相關(guān)的量值；以及按照測得的量值調(diào)節(jié)縮放因子。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括用一解碼器對量化后的采樣解碼。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括對量化后的采樣解調(diào)；以及用一解碼器對解調(diào)后的采樣解碼。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于測得的量值是通過計(jì)算量化后采樣的功率確定的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于調(diào)節(jié)包括將測得的量值與一預(yù)定值作比較，產(chǎn)生誤差值；以及基于所述誤差值，產(chǎn)生縮放因子。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于產(chǎn)生包括對誤差值濾波，以及其中縮放因子是基于濾波后誤差值產(chǎn)生的。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于對誤差值濾波是用積分器進(jìn)行的。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于量化的采樣具有四位的分辨率。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于縮放因子是這樣調(diào)節(jié)的，將量化采樣的平均功率維持在預(yù)定電平上。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于量化采樣的幅度設(shè)定為改善解碼性能。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于需要的信號是CDMA信號。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于需要的信號是正交調(diào)制的信號。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于對離散的時(shí)間采樣濾波是用一組離散的時(shí)間匹配濾波器進(jìn)行的，一個(gè)匹配濾波器用于需要信號的同相分量，另一個(gè)匹配濾波器用于需要信號的正交相分量。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于縮放是用成對的縮放因子進(jìn)行的，一個(gè)縮放因子用于同相分量的匹配濾波器的濾波采樣，另一個(gè)縮放因子用于正交相分量的匹配濾波器的濾波采樣。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于每一對縮放因子包括正交的縮放因子，以允許濾波采樣的去旋轉(zhuǎn)。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于調(diào)節(jié)縮放因素以降低量化采樣中的飽和度和量化噪聲。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括通過一個(gè)抽取因子對濾波采樣進(jìn)行抽取。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于附加信號包括帶寬類似于需要信號帶寬的至少一個(gè)其他信號。
19.一種對多載波信號進(jìn)行處理以解碼的方法，其中所述多載波信號包括兩個(gè)或以上擴(kuò)頻信號，其特征在于所述方法包括用帶寬比擴(kuò)頻信號中任何一個(gè)的帶寬更大的第一濾波器對多載波信號濾波；對濾波后的信號量化，以產(chǎn)生離散的時(shí)間采樣；對通過第一濾波器接收的一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)頻信號進(jìn)行處理，其中每個(gè)擴(kuò)頻信號的處理包括；用一個(gè)離散的時(shí)間濾波器對離散的時(shí)間采樣濾波，提供經(jīng)濾波的采樣，其中離散的時(shí)間濾波器具有與要處理的特定擴(kuò)頻信號帶寬相匹配的帶寬，用一個(gè)縮放因子對濾波后的采樣進(jìn)行縮放；對縮放后的采樣量化；測量與量化后采樣的幅度相關(guān)的量值；以及按照測得的量值調(diào)節(jié)縮放因子。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于調(diào)節(jié)是通過自動增益控制(AGC)環(huán)路進(jìn)行的，AGC環(huán)路將測得的量值與AGC設(shè)定值進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差值，然后AGC環(huán)路對誤差值濾波，產(chǎn)生縮放因子。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于擴(kuò)頻信號是正交調(diào)制信號，其中濾波、縮放、量化和測量是在要處理的每個(gè)擴(kuò)頻信號的同相分量和正交相分量上進(jìn)行的。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于處理進(jìn)一步包括用一解碼器對量化采樣解碼。
23.一種對需要的信號進(jìn)行處理的接收器，包括模擬濾波器，配置成接收一輸入信號，該輸入信號包括需要的信號和附加的信號，模擬濾波器具有比需要信號的帶寬更大的帶寬；與模擬濾波器耦合的采樣器，采樣器配置成對濾波后的信號采樣，以提供離散的時(shí)間采樣；與采樣器耦合的匹配濾波器，匹配濾波器配置成對離散的時(shí)間采樣濾波，提供濾波后的采樣；與匹配濾波器耦合的縮放器，縮放器配置成用一縮放因子對濾波后的采樣進(jìn)行縮放，以提供縮放的采樣；與縮放器耦合的量化器，量化器配置成對縮放采樣進(jìn)行量化，提供具有預(yù)定數(shù)目的分辨率位的量化采樣；以及與縮放器和量化器耦合的增益控制電路，增益控制電路配置成接收來自量化器的量化采樣和給縮放器提供縮放因子。
24.如權(quán)利要求23所述的接收器，其特征在于需要的信號是CDMA信號。
25.如權(quán)利要求23所述的接收器，其特征在于進(jìn)一步包括與量化器耦合的解碼器。
26.如權(quán)利要求23所述的接收器，其特征在于進(jìn)一步包括與量化器耦合的解調(diào)器；以及與解調(diào)器耦合的解碼器。
27.如權(quán)利要求23所述的接收器，其特征在于增益控制電路包括與量化器耦合的檢測器，檢測器配置成檢測與量化采樣的幅度相關(guān)的量值并提供指示檢測量值的數(shù)據(jù)；以及與檢測器耦合的環(huán)路濾波器，環(huán)路濾波器配置成接收所述數(shù)據(jù)并按照該數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)縮放因子。
28.如權(quán)利要求27所述的接收器，其特征在于環(huán)路濾波器包括加法器，配置成接收所述數(shù)據(jù)和設(shè)定值并產(chǎn)生誤差值；以及與加法器耦合的濾波器，濾波器配置成對誤差值濾波，以產(chǎn)生縮放因子。
29.如權(quán)利要求28所述的接收器，其特征在于環(huán)路濾波器內(nèi)的濾波器是用累加器實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
電路具有一輸入信號,用帶寬比需要信號的帶寬更大的第一濾波器對該信號濾波。然后對濾波后的信號采樣,產(chǎn)生離散的時(shí)間采樣,然后用離散的時(shí)間匹配濾波器對其濾波。然后用一個(gè)縮放因子對濾波后的采樣進(jìn)行縮放以及量化。測量與量化后采樣的幅度相關(guān)的量值。按照測得的量值調(diào)節(jié)縮放因子。可以對量化后的采樣作進(jìn)一步處理并提供給解碼器。需要的信號可以是正交調(diào)制信號?？s放因子的調(diào)節(jié)可以由自動增益控制(AGC)環(huán)路進(jìn)行,它將量化采樣的測得信號功率與一預(yù)定值作比較,產(chǎn)生一個(gè)誤差值。然后AGC環(huán)路對該誤差值濾波,產(chǎn)生縮放因子。
文檔編號H04J1/00GK1355973SQ00808791
公開日2002年6月26日 申請日期2000年6月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月11日
發(fā)明者S·帕特爾, T·威爾伯恩 申請人:高通股份有限公司