專利名稱：用于空分多址接收機的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信網(wǎng)絡(luò)，更具體地說，本發(fā)明涉及無線通信網(wǎng)絡(luò)中的空分多址(SDMA)。
背景技術(shù)：
無線通信業(yè)務(wù)是一種逐漸變得普通的通信形式，而且對無線業(yè)務(wù)的需求也在繼續(xù)增長。無線業(yè)務(wù)的例子包括蜂窩式移動電話、無線因特網(wǎng)業(yè)務(wù)、無線局域計算機網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信網(wǎng)、衛(wèi)星電視以及多用戶尋呼系統(tǒng)。不幸的是，實際因素或者在通常情況下的政府法規(guī)將這些通信系統(tǒng)限制在有限頻譜內(nèi)。當(dāng)達(dá)到這些系統(tǒng)的最大用戶量或“容量”時，可以通過(1)對無線業(yè)務(wù)分配更多頻譜，或者(2)更有效地利用分配的頻譜，來滿足用戶對更多業(yè)務(wù)的需求。因為限制了頻譜而且不能跟上用戶的需求，所以急迫需要一種更有效利用分配的頻譜的新型技術(shù)。
無線通信系統(tǒng)通常由一個或者多個基站構(gòu)成，諸如移動電話用戶的無線用戶通過基站接入諸如電話網(wǎng)的通信網(wǎng)?；緦钟蚍秶鷥?nèi)的多個固定的或者移動的無線用戶提供服務(wù)。為了提高系統(tǒng)的容量，業(yè)務(wù)提供商可以安裝更多個基站，減小每個基站處理的區(qū)域和用戶數(shù)量。這種方法未分配更多的頻譜帶而增加了系統(tǒng)容量，但是成本非常高，因為需要明顯更多的硬件。
更有效利用頻譜的另一種方法是改善“多址聯(lián)接”(multipleaccess)技術(shù)。多址聯(lián)接技術(shù)使多個用戶共享分配的頻譜，因此它們不互相干擾。最通用的多址聯(lián)接方法是頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)以及更近期的空分多址(SDMA)。
FDMA將分配的頻帶劃分為多個頻道。每個用戶通過不同的頻道發(fā)送和接收信號以避免干擾其它用戶。在一個用戶不再需要對其分配的頻道時，將該頻道重新分配給另一個用戶。
利用TDMA，各用戶可以共享公共頻道，但是每個用戶在不同時間使用該公共頻道。換句話說，對每個用戶分配時隙，在該時隙內(nèi)，該用戶可以進(jìn)行發(fā)送和接收。因此，TDMA在多個可用時隙內(nèi)交錯多個用戶。
CDMA利用編碼調(diào)制方法使多個用戶共享公共頻道。CDMA對多個用戶分別分配獨特代碼。用戶根據(jù)其獨特代碼利用寬帶編碼脈沖串對其數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制，然后發(fā)送調(diào)制的編碼信號。通過識別調(diào)制的代碼，基站檢測用戶的傳輸。
在SDMA中，系統(tǒng)可以根據(jù)希望的用戶信號的到達(dá)方向，或者空間特性，將希望的用戶信號與其它信號分離。有時將其稱為“空間濾波”。因此，即使兩個用戶可以同時通過同一個頻率進(jìn)行發(fā)送，基站仍可以區(qū)別它們，因為用戶發(fā)送的信號從不同的方向到達(dá)?？梢越Y(jié)合FDMA、TDMA或CDMA使用SDMA。
傳統(tǒng)的SDMA接收機需要由多個接收單元構(gòu)成的陣列。此外，傳統(tǒng)的SDMA接收機采用一組移相器，移相器組與接收單元陣列配合以產(chǎn)生在特定方向進(jìn)行“查看”的“射束”。通常，更希望產(chǎn)生多個射束，每個射束指向不同的方向，即指向不同的用戶。射束越多，則SDMA系統(tǒng)可以處理的在同一時間在同一個頻率工作的同時用戶越多。然而，射束越多，則SDMA接收機就越復(fù)雜。例如，每個射束可能需要單獨一組移相器和電路來進(jìn)行信號跟蹤。此外，每個射束可能要求單獨一個“信號組合器”，該信號組合器將從每個接收單元接收的信號組合在一起以形成“組合信號”。不僅如此，每個組合信號可能需要單獨一個信號檢測器，該信號檢測器檢測用戶發(fā)送的信號。硬件的這種復(fù)雜性大大提高了SDMA接收機的成本。
利用已知的算法，通過在信號處理軟件中進(jìn)行移相、信號跟蹤、信號組合以及信號檢測，可以降低硬件復(fù)雜性。然而，當(dāng)前的信號處理技術(shù)難以識別、跟蹤通過同一個頻率同時發(fā)送的大量信號，特別是在“多徑”環(huán)境下。在多徑環(huán)境下，發(fā)送的信號可以通過多個路徑到達(dá)接收機。例如，發(fā)送的信號可以直接(1)，而且可以在被物體反射后間接(2)到達(dá)接收機。多徑信號也可能以上述同樣方式使傳統(tǒng)SDMA接收機更復(fù)雜。
因此，需要提供一種可以從多個方向同時進(jìn)行接收，可以在多徑環(huán)境下工作而且還無需提高接收機的硬件或軟件復(fù)雜性的改進(jìn)型SDMA接收機。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明內(nèi)容和以下的詳細(xì)說明不應(yīng)限制本發(fā)明范圍。它們提供的例子和解釋是為了使其它人實現(xiàn)本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可以引入一個多單元接收信號陣列，該多單元接收信號陣列可以實現(xiàn)與極化無關(guān)的各向同性接收而且其功率增益大于各向同性。該方法和系統(tǒng)可以接收具有同樣載波頻率或不同載波頻率的多個信號，區(qū)別這些信號并確定它們的到達(dá)方向。
根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)在具有多個接收單元的接收機中接收多個發(fā)送信號，其中每個發(fā)送信號具有不同的空間位置。該方法和系統(tǒng)在多個接收單元中接收多個發(fā)送信號以產(chǎn)生多個接收單元信號、由多個接收單元信號產(chǎn)生組合信號，以及利用其不同空間位置從組合信號中檢測多個發(fā)送信號。
為此，根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)產(chǎn)生多個可以是任意的或者不相關(guān)的調(diào)相信號，并利用一個不同調(diào)相信號分別對多個接收單元信號中的每一個接收單元信號進(jìn)行調(diào)相以產(chǎn)生多個調(diào)相信號。然后，該方法和系統(tǒng)將多個調(diào)相信號組合為一個組合信號，產(chǎn)生預(yù)期信號以及使組合信號與預(yù)期信號相關(guān)以產(chǎn)生相關(guān)信號。然后，該方法和系統(tǒng)將相關(guān)信號存儲到相關(guān)信號存儲器內(nèi)，并分析相關(guān)信號以從所檢測的發(fā)送信號中提取信息。


引入本發(fā)明并作為本發(fā)明一部分的附圖示出本發(fā)明的實施方式，而且與說明一起用于解釋本發(fā)明的優(yōu)點和原理。附圖包括圖1是根據(jù)本發(fā)明的接收機的方框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明，圖1所示接收機可以工作的環(huán)境的示意圖；
圖3A是由圖1所示調(diào)制信號發(fā)生器產(chǎn)生的根據(jù)本發(fā)明的調(diào)相信號的示意圖；圖3B是均根據(jù)本發(fā)明的由圖1所示信號調(diào)制器產(chǎn)生的調(diào)相信號以及一個組合信號的示意圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明用于進(jìn)行空分多址接收的處理過程400的流程圖。
具體實施例方式
綜述以下將參考

本發(fā)明實施例。適當(dāng)時，不同附圖中的相同參考編號表示相同或類似的單元。
根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)克服了無線系統(tǒng)中傳統(tǒng)SDMA接收機的硬件和軟件的復(fù)雜性問題。這種方法和系統(tǒng)包括具有多個接收單元的接收單元陣列。無線系統(tǒng)的用戶發(fā)送多個信號，每個信號相對于接收單元陣列分別具有不同方向或空間位置。例如，用戶可以是移動電話用戶。
接收單元陣列在多個接收單元內(nèi)接收多個發(fā)送信號以形成多個接收單元信號。這種方法和系統(tǒng)產(chǎn)生從多個接收單元信號導(dǎo)出的一個組合信號，而且可以根據(jù)其不同空間位置從一個組合信號中檢測多個發(fā)送信號中的每個發(fā)送信號。因此，這種方法和系統(tǒng)不需要多組移相器、多個信號組合器或者多個信號檢測器。相反，這種方法和系統(tǒng)可以根據(jù)其不同空間位置從一個組合信號中檢測來自多個用戶的信號，而不是為來自每個用戶的每個信號產(chǎn)生一個不同組合信號并從每個組合信號中檢測信號。
為此，根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)產(chǎn)生多個調(diào)相信號，這些調(diào)相信號可以是任意調(diào)相信號或不相關(guān)調(diào)相信號，而且利用一個不同調(diào)相信號分別對多個接收單元信號中的每個接收單元信號進(jìn)行調(diào)相以產(chǎn)生多個調(diào)相信號。然后，這種方法和系統(tǒng)將多個調(diào)相信號組合為一個組合信號，產(chǎn)生預(yù)期信號并使該組合信號與預(yù)期信號相關(guān)以形成相關(guān)信號。預(yù)期信號是由用戶的方向預(yù)期的組合信號，而且它可以是調(diào)相信號和用戶方向的函數(shù)。然后，這種方法和系統(tǒng)將相關(guān)信號存儲到相關(guān)信號存儲器內(nèi)，并分析該相關(guān)信號以從來自用戶的信號中提取發(fā)送信息。
詳細(xì)實現(xiàn)過程根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)在具有多個接收單元的接收機中接收一個發(fā)送的信號。圖1是根據(jù)本發(fā)明的接收機100的方框圖。接收機100包括具有多個接收單元的陣列1、調(diào)制信號發(fā)生器8、信號調(diào)制器9、信號組合器10、接收機配置存儲器6、接收機計算器7、信號存儲器12、信號相關(guān)器11、信號路由器14、多個信號存儲器15以及信號處理器120。接收機100還可以包括以上未特別說明的其它部件，例如濾波器、混合器、放大器以及電源。這些部件的位置可以根據(jù)本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)計者的愛好而變化。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的、接收機100可以工作的環(huán)境200的示意圖。在環(huán)境200下，遠(yuǎn)程發(fā)射機A和遠(yuǎn)程發(fā)射機B可以分別從遠(yuǎn)程發(fā)射機空間202發(fā)送信號2和3。例如，遠(yuǎn)程發(fā)射機A和B可以是移動電話。
發(fā)送信號2和3入射到陣列1和多個單元接收信號2和3以形成多個接收單元信號。將多個接收單元信號(通過線路102)傳送到信號調(diào)制器9，以下做詳細(xì)說明。
根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)產(chǎn)生多個調(diào)相信號。調(diào)制信號發(fā)生器8為陣列1的接收單元產(chǎn)生調(diào)相信號。這些調(diào)相信號可以是任意的或者是不相關(guān)的(相關(guān)值小于1)。不相關(guān)的調(diào)相信號可以是實質(zhì)上不相關(guān)也可以是僅稍許不相關(guān)。例如，不相關(guān)的隨機相位信號可以具有小于1而大于0.75，小于或者等于0.75而大于0.5，小于或者等于0.5而大于0.25，小于或者等于0.25而大于或者等于0的相關(guān)值。另一方面，一些或者全部這些信號可以非常相關(guān)，或者甚至相同。調(diào)相信號可以是任意的，它可以與陣列1各單元的幾何結(jié)構(gòu)不相關(guān)，或者不取決于陣列1各單元的幾何結(jié)構(gòu)。調(diào)相信號可以與發(fā)送信號的方向無關(guān)。
圖3A是陣列1的幾個單元的典型調(diào)相信號的示意圖。如圖3A所示，對于第一接收單元的第一調(diào)相信號302，調(diào)制信號發(fā)生器8在持續(xù)時間Tc中產(chǎn)生相位11。然后，對于第一調(diào)相信號302，調(diào)制信號發(fā)生器8在持續(xù)時間Tc中產(chǎn)生相位12。這繼續(xù)進(jìn)行，但是示出N個周期的Tc，其中Tc是一個“碼片”周期。陣列1每個單元的容許移相值可以在0至2π弧度之間連續(xù)變化，也可以限制為有限數(shù)量的值，例如0和π弧度。如果采用有限數(shù)量的移相值，則可以對每個單元分配不同容許值。
對第二接收單元的第二調(diào)相信號304進(jìn)行同樣處理。如圖3A所示，對于第二調(diào)相信號304，調(diào)制信號發(fā)生器8分別在持續(xù)時間Tc中產(chǎn)生相位21和22。對具有第三調(diào)相信號306的第三接收單元至具有第J調(diào)相信號308的第J接收單元同樣重復(fù)此處理過程，其中J是陣列1的接收單元總數(shù)。將調(diào)相信號輸出到信號調(diào)制器9。調(diào)制信號發(fā)生器8還將該調(diào)相信號輸出到接收機計算器7，以下對此做詳細(xì)說明。盡管相位可以是隨機的，但是它們被接收機100所知。
根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)利用調(diào)相信號之一對多個接收單元信號中的一個接收單元信號分別進(jìn)行調(diào)相以產(chǎn)生多個調(diào)相信號。因此，信號調(diào)制器9利用調(diào)制信號發(fā)生器8產(chǎn)生的調(diào)相信號之一對每個單元信號進(jìn)行調(diào)相或者使其“碼片”化。圖3B是根據(jù)本發(fā)明的調(diào)相信號的示意圖。如圖3B所示，第一接收單元調(diào)相信號310的第一碼片等于第一接收單元信號，但是被移相了調(diào)相信號302的第一相位11。同樣，調(diào)相信號310的第二碼片等于第一接收單元信號，但是被移相了調(diào)相信號302的第二相位12。同樣，對第二至第J接收單元信號進(jìn)行調(diào)相以產(chǎn)生第二至第J調(diào)相信號312至316。
調(diào)相信號310-316從信號調(diào)制器9輸出到信號組合器10(通過線路104)。根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)將多個調(diào)相信號組合為一個組合信號318。因此，信號組合器10將調(diào)相信號組合為組合信號318。在一個實施例中，信號組合器10逐碼片地計算多個調(diào)相信號的和以產(chǎn)生組合信號318。例如，將從第一調(diào)相信號310至第J調(diào)相信號316的所有第一碼片相加以形成組合信號第一碼片320，將從第一調(diào)相信號310至第J調(diào)相信號316的所有第二碼片相加以形成組合第二碼片322，等等。組合信號318的每個碼片可以具有符合瑞利(Rayleigh)密度函數(shù)的矢量振幅，而且可以具有隨機相角。組合信號318從信號組合器10輸出到信號相關(guān)器11(通過線路106)。
根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)產(chǎn)生預(yù)期信號。該預(yù)期信號是在從相對于陣列1的特定方向發(fā)送未調(diào)制載波的情況下，預(yù)期將作為組合信號318的信號。接收機計算器7計算該預(yù)期信號。例如，參考圖2，接收機計算器7可以對從發(fā)射極A的方向發(fā)出的載波產(chǎn)生預(yù)期信號。接收機計算器7從調(diào)制信號發(fā)生器8和接收機配置存儲器6輸入信息以計算預(yù)期信號。接收機配置存儲器6可以提供對信號組合器10組合前的接收單元信號和調(diào)相信號的振幅、相位以及極化產(chǎn)生影響的信息。該信息可以包括發(fā)送信號2和3的載波頻率、其估計方向、陣列1內(nèi)各接收單元的配置以及各單元的傳輸線長度。調(diào)制信號發(fā)生器8可以提供表示調(diào)相信號302-308內(nèi)的每個碼片的相對相位的信息。接收機計算器7計算預(yù)期信號，并將它輸出到信號存儲器12進(jìn)行臨時存儲。信號存儲器12輸出預(yù)期信號，并將它輸入到信號相關(guān)器11。因為發(fā)送信號的極化可能影響組合信號的相位和振幅，所以接收機計算器7可以根據(jù)發(fā)送信號的假定極化來計算預(yù)期信號。
根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)使組合信號318與預(yù)期信號相關(guān)以形成相關(guān)信號。信號相關(guān)器11輸入組合信號318和預(yù)期信號，然后使這兩個信號相關(guān)。在一個實施例中，信號相關(guān)器11可以使組合信號318的對應(yīng)N個連續(xù)碼片與預(yù)期信號相關(guān)。在此實施例中，N的值可以是50。在每次將組合信號318的N個新碼片(或者時間周期N×Tc)輸入到相關(guān)器11時，信號相關(guān)器11可以在組合信號318與預(yù)期信號之間重新進(jìn)行互相關(guān)。在每次進(jìn)行新的相關(guān)時，接收機計算器7可以更新預(yù)期信號以包括下面的N個碼片，而且可以刪除先前碼片，使得N的值可以保持例如50。信號相關(guān)器11產(chǎn)生作為組合信號318與預(yù)期信號之間的互相關(guān)量度的輸出。在圖2所示的例子中，假定與組合信號318互相關(guān)的預(yù)期信號是來自發(fā)射機A方向的信號，則信號相關(guān)器11為在遠(yuǎn)程發(fā)射機A的方向“查看”的接收機100產(chǎn)生作為相關(guān)信號的輸出。該相關(guān)信號被輸出到信號路由器14。
根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可以從多個方向產(chǎn)生多個預(yù)期信號，而且可以使組合信號318與多個預(yù)期信號相關(guān)以產(chǎn)生多個相關(guān)信號。例如，參考圖2，接收機計算器可以為來自發(fā)射機A的方向的載波產(chǎn)生預(yù)期信號，而且可以為來自發(fā)射機B的方向的相同頻率或者不同頻率的載波產(chǎn)生預(yù)期信號。因此，接收機100可以一次同時“查看”多個(M個)方向，而且接收機計算器7可以產(chǎn)生M個預(yù)期信號，信號相關(guān)器11可以使M個預(yù)期信號與組合信號318互相關(guān)以產(chǎn)生M個相關(guān)信號。每個相關(guān)信號是接收機100在該特定方向進(jìn)行“查看”的檢測信號。M個相關(guān)信號被輸出到信號路由器14(通過線路108)。
根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)將M個相關(guān)信號存儲到相關(guān)信號存儲器15，并對該相關(guān)信號進(jìn)行分析。利用信號處理器120從相關(guān)信號中提取諸如語音或其它數(shù)據(jù)的信息。信號路由器14將M個相關(guān)信號分別傳送到幾個信號存儲單元1至M之一。信號存儲單元1至M分別存儲來自指定方向1至M的連續(xù)相關(guān)信號。
如果處理速度足夠高，則接收機100可以同時處理并檢測來自多個方向的信號。作為一種選擇，信號存儲器1至M存儲各不同發(fā)射機，例如發(fā)射機A或B的相關(guān)信號。如果發(fā)射機是移動的、而且持續(xù)改變相對于接收機100的方向，則這是有用的。在這種情況下，為了與當(dāng)前發(fā)射機位置對應(yīng)，對接收機計算器7使用的用于建立移動發(fā)射機預(yù)期信號的方向進(jìn)行連續(xù)更新。
陣列1可以不具有方向特性，而可以是各向同性的(全向的)。各調(diào)相信號的任意關(guān)系可以對N個碼片的組合信號塊給予接收機內(nèi)的相同平均能量，而與發(fā)送信號的到達(dá)方向無關(guān)。還可以以這樣的方式設(shè)計陣列1和接收機100，使得在更有限的發(fā)射機空間內(nèi)，它對于發(fā)送信號是各向同性的。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的空分多址接收過程400的流程圖。首先，根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)在多個接收單元中接收一個發(fā)送信號以產(chǎn)生多個接收單元信號(步驟402)。然后，該系統(tǒng)產(chǎn)生多個調(diào)相信號(步驟404)，利用一個不同調(diào)相信號分別對多個接收單元信號中的每個接收單元信號進(jìn)行調(diào)相，以產(chǎn)生多個調(diào)相信號(步驟406)。然后，該方法和系統(tǒng)將多個調(diào)相信號組合為一個組合信號(步驟408)。然后，該方法和系統(tǒng)產(chǎn)生預(yù)期信號(步驟410)，并把組合信號318與該預(yù)期信號互相關(guān)以產(chǎn)生相關(guān)信號(步驟412)。之后，該方法和系統(tǒng)將相關(guān)信號存儲到相關(guān)信號存儲器內(nèi)，并對該相關(guān)信號進(jìn)行分析(步驟414)。
預(yù)期信號的極化通常，發(fā)送信號的極化會影響預(yù)期信號。如果事先知道發(fā)送信號的極化，則接收機計算器7可以在計算預(yù)期信號時利用此值。如果事先不知道極化值，則接收機計算器7有幾個選擇。一個選擇是假定一個極化值，并根據(jù)此假定的極化值計算預(yù)期信號。在該選擇中，檢測與該假定極化一致的發(fā)送信號的極化分量。
另一個選擇是，接收機計算器7計算兩個預(yù)期信號。如上所述，根據(jù)假定的極化計算第一預(yù)期信號，并根據(jù)與此第一極化垂直(正交)的極化計算第二預(yù)期信號。通過分別把組合信號與第一預(yù)期信號和第二預(yù)期信號相關(guān)來檢測發(fā)送信號，從而產(chǎn)生兩個相關(guān)信號。信號處理器120可以分別對這兩個相關(guān)信號進(jìn)行處理，或者將這兩個相關(guān)信號組合在一起，以從發(fā)送信號中提取信息。
又一種選擇是，如上所述，計算兩個預(yù)期信號，根據(jù)假定的極化計算第一預(yù)期信號，而根據(jù)垂直(正交)極化計算第二預(yù)期信號。在該選擇中，把這兩個預(yù)期信號相加，或者將它們組合在一起，以產(chǎn)生第三預(yù)期信號。通過把該組合信號與第三預(yù)期信號相關(guān)來檢測發(fā)送信號。在該選擇中，不考慮發(fā)送信號的極化，與第三預(yù)期信號有良好相關(guān)。
這些技術(shù)以及本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員設(shè)想的其它技術(shù)均可以用于從具有任何類型的極化特性，例如線性極化、圓極化或橢圓極化的發(fā)送信號中檢測并提取信息。
處理增益根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可以產(chǎn)生多個調(diào)相信號，其中調(diào)相信號具有碼片化速率(chipping rate)，而且該碼片化速率超過發(fā)送信號的調(diào)制速率。在一個實施例中，信號調(diào)制器9可以以至少為發(fā)送信號最高調(diào)制頻率周期100倍的速率，連續(xù)碼片化所接收的單元信號。該碼片化速率可以使信號相關(guān)器11(在一個實施例中，它一次處理50個碼片的塊)包含附加到任意載波上的、不超過一個半周期或者不超過一個半波的調(diào)制信號，從而滿足最低奈奎斯特采樣速率。因此，在一個實施例中，其碼片化速率至少為最高調(diào)制速率的100倍的50個碼片的相關(guān)長度相當(dāng)于最大奈奎斯特采樣間隔。這樣可以從任何載波中完全恢復(fù)調(diào)制信息。N的值也可以不是50，而且滿足最低奈奎斯特速率會產(chǎn)生不同的碼片化速率。
通過線路106(參考圖1)的組合信號318(參考圖3B)中每個碼片的振幅和相位可以取決于發(fā)送信號到達(dá)陣列1的接收單元的到達(dá)角。為了把從不同方向到達(dá)的信號區(qū)分開，接收機計算器7對每個方向分別預(yù)測并計算可能出現(xiàn)在組合信號318內(nèi)的預(yù)期碼片振幅和相位圖(phasepattern)。對于每個方向，信號相關(guān)器11把預(yù)期碼片圖(chip pattern)，即預(yù)期信號與組合信號318互相關(guān)。在信號存儲器12內(nèi)有來自K個不同方向的K個預(yù)期碼片圖。在一個實施例中，K等于M，如上所述。
信號相關(guān)器11的處理增益可以為 其中N是組合信號318內(nèi)、同時一起處理的碼片數(shù)。N個碼片形成持續(xù)時間為T的碼片塊。組合信號318與K個預(yù)期信號之間具有上述互相關(guān)。
在一個實施例中，以如下方式產(chǎn)生處理增益值。含有N個碼片的組合信號塊(跨越從第1個碼片的開始時間t1到第N個碼片的結(jié)束時間t1+T的時間間隔)具有相關(guān)能量表達(dá)式RER(K,θ)=∫t1t1+T{VEK→(t)}·{VR→(t)e+jθ}dt]]>其中 是包括N個碼片的組合信號318， 是同樣包括N個碼片的相應(yīng)第K個預(yù)期信號。 和 的每個碼片分別具有均方值aR2和aEK2而且分別具有均方根(rms)值αR和αEK。它們是滿足瑞利密度函數(shù)、其隨機相位和預(yù)期幅度值分別為 和 的基本上隨機的矢量。這些基本上隨機的矢量可以分別由輸入到信號組合器10的調(diào)相信號內(nèi)的各隨機相位碼片的和構(gòu)成。移相項e+jθ可以同樣地應(yīng)用于組合信號塊的所有碼片，其中可以選擇參數(shù)θ以使每個被處理組合信號塊的相關(guān)輸出最大。在例如利用QPSK對發(fā)送信號進(jìn)行調(diào)相的無線系統(tǒng)中，參數(shù)θ是相關(guān)信號的一部分，而且可以用于導(dǎo)出載波相位信息。在對發(fā)送信號進(jìn)行調(diào)幅的系統(tǒng)中，互相關(guān)的幅度是相關(guān)信號的一部分，而且可以用于導(dǎo)出載波振幅信息。
良好相關(guān)的N個碼片的相關(guān)能量的大小為 其中T是組合信號塊持續(xù)時間，其中 是一個碼片的時間間隔，或者Tc。
另一方面，如果對于碼片的相應(yīng)預(yù)期信號塊，碼片的組合信號塊是隨機的，即它們不相關(guān)，則N個碼片的相關(guān)能量的大小為 在這種情況下，對于相應(yīng)N個預(yù)期信號矢量(碼片)，N個組合信號矢量(碼片)具有隨機相位。N個隨機矢量(均方根值為αR)的和為二維高斯(均方根值為 )。還可以將該二維高斯密度函數(shù)描述為瑞利密度函數(shù)。
通過生成良好相關(guān)信號 與不相關(guān)信號 的相關(guān)器輸出的比值獲得處理增益的值。
本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員明白該系統(tǒng)具有許多變換例。例如，根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)不僅可以處理電磁信號，而且可以處理聲信號。例如，發(fā)送信號可以是通過水傳播的聲信號，而且在接收機和處理器內(nèi)，接收單元信號、組合信號以及預(yù)期信號均可以代表聲信號。該系統(tǒng)可以提供海底數(shù)據(jù)鏈路或任何方式的音頻信號檢測。在這種系統(tǒng)中，陣列1的接收單元是聲傳感器。
此外，信號處理器通常更容易產(chǎn)生偽隨機數(shù)而非純隨機數(shù)，因此術(shù)語“隨機”包括“偽隨機”。因此，調(diào)制信號發(fā)生器8可以產(chǎn)生偽隨機調(diào)相信號，信號調(diào)制器9可以產(chǎn)生偽隨機調(diào)相信號。這適用于連續(xù)可變或者被限制為有限數(shù)量的值的調(diào)相信號。
此外，在此描述的、用于將組合信號與預(yù)期信號進(jìn)行比較的技術(shù)(相關(guān)技術(shù))可以采用信號處理領(lǐng)域眾所周知的、用于從發(fā)送信號中恢復(fù)幅度信息和相位信息的任意適當(dāng)?shù)男盘柋容^技術(shù)。
除此之外，陣列1還可以取多種不同形狀。例如，陣列1可以是平面、球形或圓柱形的。它還可以與例如飛機或汽車的外表面相符。
最后，信號調(diào)制器9、信號組合器10、調(diào)制信號發(fā)生器8、信號存儲器12、信號相關(guān)器11、信號路由器14、接收機計算器7、接收機配置存儲器6以及信號處理器120執(zhí)行的全部或者部分功能均可以以軟件的方式實現(xiàn)，而不必以硬件方式實現(xiàn)。
盡管參考本發(fā)明的實施例對根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)進(jìn)行了說明，但是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員，可以在所附權(quán)利要求所述的本發(fā)明實質(zhì)范圍及其完全等效范圍內(nèi)，可以從形式和細(xì)節(jié)方面對其做各種變更。
權(quán)利要求
1.一種在具有多個接收單元的接收機內(nèi)接收信號的方法，該方法包括步驟在多個接收單元中接收一個發(fā)送信號以產(chǎn)生多個接收單元信號；產(chǎn)生多個任意調(diào)相信號；以及利用多個任意調(diào)相信號中的一個不同調(diào)相信號分別對多個接收單元信號中的每個接收單元信號進(jìn)行調(diào)相以產(chǎn)生多個調(diào)相信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中任意調(diào)相信號是不相關(guān)隨機相位信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法進(jìn)一步包括將多個調(diào)相信號組合為一個組合信號的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中組合步驟包括將多個調(diào)相信號相加為一個組合信號的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，該方法包括從組合信號中檢測發(fā)送信號的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，該方法包括從檢測的發(fā)送信號中提取信息的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，該方法進(jìn)一步包括步驟產(chǎn)生一個預(yù)期信號；以及把組合信號與預(yù)期信號相關(guān)以產(chǎn)生相關(guān)信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中產(chǎn)生預(yù)期信號的步驟包括產(chǎn)生作為多個調(diào)相信號的函數(shù)的預(yù)期信號的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中產(chǎn)生預(yù)期信號的步驟包括從特定方向產(chǎn)生預(yù)期信號的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中產(chǎn)生預(yù)期信號的步驟包括從多個方向產(chǎn)生多個預(yù)期信號的步驟；而且其中把組合信號相關(guān)的步驟包括把組合信號分別與來自多個方向的多個預(yù)期信號中的每個預(yù)期信號相關(guān)以產(chǎn)生多個相關(guān)信號的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中把組合信號與預(yù)期信號相關(guān)的步驟包括把組合信號與預(yù)期信號互相關(guān)以產(chǎn)生互相關(guān)信號的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中把組合信號與預(yù)期信號相關(guān)的步驟包括每隔第二時間段，在第一時間段內(nèi)把組合信號與預(yù)期信號重復(fù)相關(guān)的步驟，其中第二時間段比第一時間段短。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，該方法還包括步驟將相關(guān)信號存儲到相關(guān)信號存儲器內(nèi)；以及分析該相關(guān)信號。
14.一種接收機，該接收機包括多個接收單元，分別接收一個發(fā)送信號以產(chǎn)生多個接收單元信號；調(diào)制信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生多個任意調(diào)相信號；以及信號調(diào)制器，用于利用一個不同調(diào)相信號分別對多個接收單元信號中的每個接收單元信號進(jìn)行調(diào)相以產(chǎn)生多個調(diào)相信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的接收機，其中調(diào)相信號是不相關(guān)隨機相位信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的接收機，該接收機進(jìn)一步包括用于將多個調(diào)相信號組合為一個組合信號的信號組合器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的接收機，其中信號組合器將多個調(diào)相信號相加為組合信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的接收機，該接收機包括用于從組合信號中檢測發(fā)送信號的檢測器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的接收機，該接收機包括用于從檢測的發(fā)送信號中提取信息的信號處理器。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的接收機，該接收機進(jìn)一步包括接收機計算器，用于產(chǎn)生一個預(yù)期信號；以及信號相關(guān)器，用于把組合信號與預(yù)期信號相關(guān)以產(chǎn)生相關(guān)信號。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的接收機，其中接收機計算器產(chǎn)生作為多個調(diào)相信號的函數(shù)的預(yù)期信號。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的接收機，其中接收機計算器從特定方向產(chǎn)生預(yù)期信號。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的接收機，其中接收機計算器從多個方向產(chǎn)生多個預(yù)期信號；而且其中信號相關(guān)器單獨把組合信號分別與來自多個方向的多個預(yù)期信號中的每個預(yù)期信號相關(guān)以產(chǎn)生多個相關(guān)信號。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的接收機，其中相關(guān)器包括把組合信號與預(yù)期信號互相關(guān)以產(chǎn)生互相關(guān)信號的互相關(guān)器。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的接收機，其中相關(guān)器每隔第二時間段，在第一時間段內(nèi)把組合信號與預(yù)期信號重復(fù)相關(guān)，其中第二時間段比第一時間段短。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的接收機，該接收機進(jìn)一步包括相關(guān)信號存儲器，用于存儲相關(guān)信號；以及信號處理器，用于分析相關(guān)信號。
27.一種在具有多個接收單元的接收機內(nèi)同時接收多個發(fā)送信號的方法，其中每個發(fā)送信號具有不同的空間位置，該方法包括步驟在多個接收單元中接收多個發(fā)送信號以產(chǎn)生多個接收單元信號；產(chǎn)生從多個接收單元信號導(dǎo)出的組合信號；以及利用其不同空間位置，從組合信號中檢測多個發(fā)送信號中的每個發(fā)送信號。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，該方法進(jìn)一步包括產(chǎn)生多個調(diào)相信號；以及利用一個不同調(diào)相信號分別對多個接收單元信號中的每個接收單元信號進(jìn)行調(diào)相以產(chǎn)生多個調(diào)相信號。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中調(diào)相信號是不相關(guān)隨機調(diào)相信號。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中產(chǎn)生組合信號的步驟包括將多個調(diào)相信號組合為一個組合信號的步驟。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中組合步驟包括將多個調(diào)相信號相加為組合信號的步驟。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，該方法包括從檢測的發(fā)送信號中提取信息的步驟。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中檢測步驟包括步驟產(chǎn)生一個預(yù)期信號；以及把組合信號與預(yù)期信號相關(guān)以產(chǎn)生相關(guān)信號。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中產(chǎn)生預(yù)期信號的步驟包括產(chǎn)生作為多個調(diào)相信號的函數(shù)的預(yù)期信號的步驟。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中產(chǎn)生預(yù)期信號的步驟包括從特定方向產(chǎn)生預(yù)期信號的步驟。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中產(chǎn)生預(yù)期信號的步驟包括從多個方向產(chǎn)生多個預(yù)期信號的步驟；而且其中把組合信號相關(guān)的步驟包括把組合信號分別與來自多個方向的多個預(yù)期信號中的每個預(yù)期信號相關(guān)以產(chǎn)生多個相關(guān)信號的步驟。
37.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中把組合信號與預(yù)期信號相關(guān)的步驟包括把組合信號與預(yù)期信號互相關(guān)以產(chǎn)生互相關(guān)信號的步驟。
38.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中把組合信號與預(yù)期信號相關(guān)的步驟包括每隔第二時間段，在第一時間段內(nèi)把組合信號與預(yù)期信號重復(fù)相關(guān)的步驟，其中第二時間段比第一時間段短。
39.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，該方法進(jìn)一步包括步驟將相關(guān)信號存儲到相關(guān)信號存儲器內(nèi)；以及分析相關(guān)信號。
40.一種用于同時接收多個發(fā)送信號的接收機，其中每個發(fā)送信號具有不同的空間位置，該接收機包括多個接收單元，用于接收多個發(fā)送信號以產(chǎn)生多個接收單元信號；信號組合器，用于產(chǎn)生從多個接收單元信號導(dǎo)出的一個組合信號；以及檢測器，用于利用其不同空間位置，從組合信號中檢測多個發(fā)送信號中的每個發(fā)送信號。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的接收機，該接收機進(jìn)一步包括調(diào)制信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生多個任意調(diào)相信號；以及信號調(diào)制器，用于利用一個不同調(diào)相信號分別對多個接收單元信號中的每個接收單元信號進(jìn)行調(diào)相以產(chǎn)生多個調(diào)相信號。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的接收機，其中多個任意調(diào)相信號是不相關(guān)隨機相位信號。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的接收機，其中信號組合器把多個調(diào)相信號組合為一個組合信號。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的接收機，其中信號組合器將多個調(diào)相信號相加為組合信號。
45.根據(jù)權(quán)利要求40所述的接收機，該接收機包括用于從檢測的發(fā)送信號中提取信息的信號處理器。
46.根據(jù)權(quán)利要求40所述的接收機，該接收機進(jìn)一步包括接收機計算器，用于產(chǎn)生一個預(yù)期信號；以及信號相關(guān)器，用于把組合信號與預(yù)期信號相關(guān)以產(chǎn)生相關(guān)信號。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的接收機，其中該接收機計算器產(chǎn)生作為多個調(diào)相信號的函數(shù)的預(yù)期信號。
48.根據(jù)權(quán)利要求46所述的接收機，其中接收機計算器從特定方向產(chǎn)生預(yù)期信號。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的接收機，其中接收機計算器從多個方向產(chǎn)生多個預(yù)期信號；而且其中信號相關(guān)器把組合信號分別與來自多個方向的多個預(yù)期信號中的每個預(yù)期信號相關(guān)以產(chǎn)生多個相關(guān)信號。
50.根據(jù)權(quán)利要求46所述的接收機，其中信號相關(guān)器把組合信號與預(yù)期信號互相關(guān)以產(chǎn)生互相關(guān)信號。
51.根據(jù)權(quán)利要求46所述的接收機，其中信號相關(guān)器每隔第二時間段，在第一時間段內(nèi)把組合信號與預(yù)期信號重復(fù)相關(guān)，其中第二時間段比第一時間段短。
52.根據(jù)權(quán)利要求46所述的接收機，該接收機進(jìn)一步包括存儲器，用于把相關(guān)信號存儲到相關(guān)信號存儲器中；以及信號處理器，用于分析相關(guān)信號。
53.一種在具有多個接收單元的接收機內(nèi)接收信號的方法，該方法包括步驟在多個接收單元中接收一個發(fā)送信號以產(chǎn)生多個接收單元信號，其中發(fā)送信號具有調(diào)制速率；產(chǎn)生多個調(diào)相信號，其中調(diào)相信號具有碼片化速率，而且碼片化速率大于調(diào)制速率；以及利用一個不同調(diào)相信號分別對多個接收單元信號中的每個接收單元信號進(jìn)行調(diào)相以產(chǎn)生多個調(diào)相信號。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其中調(diào)相信號是任意調(diào)相信號。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中任意調(diào)相信號是不相關(guān)隨機相位信號。
56.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，該方法進(jìn)一步包括把多個調(diào)相信號組合為一個組合信號的步驟。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中組合步驟包括將多個調(diào)相信號相加為組合信號的步驟。
58.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，該方法包括從組合信號中檢測發(fā)送信號的步驟。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，該方法包括從檢測的發(fā)送信號中提取信息的步驟。
60.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，該方法進(jìn)一步包括步驟產(chǎn)生一個預(yù)期信號；以及把組合信號與預(yù)期信號相關(guān)以產(chǎn)生相關(guān)信號。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，其中產(chǎn)生預(yù)期信號的步驟包括產(chǎn)生作為多個調(diào)相信號的函數(shù)的預(yù)期信號的步驟。
62.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，其中產(chǎn)生預(yù)期信號的步驟包括從特定方向產(chǎn)生預(yù)期信號的步驟。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其中產(chǎn)生預(yù)期信號的步驟包括從多個方向產(chǎn)生多個預(yù)期信號的步驟，而且其中把組合信號相關(guān)的步驟包括把組合信號分別與來自多個方向的多個預(yù)期信號中的每個預(yù)期信號相關(guān)以產(chǎn)生多個相關(guān)信號的步驟。
64.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，其中把組合信號與預(yù)期信號相關(guān)的步驟包括把組合信號與預(yù)期信號互相關(guān)以產(chǎn)生互相關(guān)信號的步驟。
65.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，其中把組合信號與預(yù)期信號相關(guān)的步驟包括每隔第二時間段，在第一時間段內(nèi)把組合信號與預(yù)期信號重復(fù)相關(guān)的步驟，其中第二時間段比第一時間段短。
66.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，該方法進(jìn)一步包括步驟將相關(guān)信號存儲到相關(guān)信號存儲器內(nèi)；以及分析相關(guān)信號。
67.一種在具有多個接收單元的接收機內(nèi)接收信號的方法，該方法包括步驟在多個接收單元中接收一個發(fā)送信號以產(chǎn)生多個接收單元信號；獨立于發(fā)送信號方向的方向，產(chǎn)生多個調(diào)相信號；以及利用一個不同的任意調(diào)相信號分別對多個接收單元信號中的每個接收單元信號進(jìn)行調(diào)相以產(chǎn)生多個調(diào)相信號。
68.根據(jù)權(quán)利要求67所述的方法，其中調(diào)相信號是任意調(diào)相信號。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，其中任意調(diào)相信號是不相關(guān)隨機相位信號。
70.根據(jù)權(quán)利要求67所述的方法，該方法進(jìn)一步包括將多個調(diào)相信號組合為一個組合信號的步驟。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的方法，其中組合步驟包括將多個調(diào)相信號相加為組合信號的步驟。
72.根據(jù)權(quán)利要求70所述的方法，該方法包括從組合信號中檢測發(fā)送信號的步驟。
73.根據(jù)權(quán)利要求72所述的方法，該方法包括從檢測的發(fā)送信號中提取信息的步驟。
74.根據(jù)權(quán)利要求70所述的方法，該方法進(jìn)一步包括步驟產(chǎn)生一個預(yù)期信號；以及把組合信號與預(yù)期信號相關(guān)以產(chǎn)生相關(guān)信號。
75.根據(jù)權(quán)利要求74所述的方法，其中產(chǎn)生預(yù)期信號的步驟包括產(chǎn)生作為多個調(diào)相信號的函數(shù)的預(yù)期信號的步驟。
76.根據(jù)權(quán)利要求74所述的方法，其中產(chǎn)生預(yù)期信號的步驟包括從特定方向產(chǎn)生預(yù)期信號的步驟。
77.根據(jù)權(quán)利要求76所述的方法，其中產(chǎn)生預(yù)期信號的步驟包括從多個方向產(chǎn)生多個預(yù)期信號的步驟；而且其中把組合信號相關(guān)的步驟包括把組合信號分別與來自多個方向的多個預(yù)期信號中的每個預(yù)期信號相關(guān)以產(chǎn)生多個相關(guān)信號的步驟。
78.根據(jù)權(quán)利要求74所述的方法，其中把組合信號與預(yù)期信號相關(guān)的步驟包括把組合信號與預(yù)期信號互相關(guān)以產(chǎn)生互相關(guān)信號的步驟。
79.根據(jù)權(quán)利要求74所述的方法，其中把組合信號與預(yù)期信號相關(guān)的步驟包括每個第二時間段，在第一時間段內(nèi)把組合信號與預(yù)期信號重復(fù)相關(guān)的步驟，其中第二時間段比第一時間段短。
80.根據(jù)權(quán)利要求74所述的方法，該方法進(jìn)一步包括步驟將相關(guān)信號存儲到相關(guān)信號存儲器內(nèi)；以及分析相關(guān)信號。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)在具有多個接收單元的接收機接收多個發(fā)送信號，其中每個發(fā)送信號具有不同空間位置。該方法和系統(tǒng)在多個接收單元中接收多個發(fā)送信號以產(chǎn)生多個接收單元信號、從該多個接收單元信號產(chǎn)生一個組合信號以及利用不同空間位置從組合信號中分別檢測多個發(fā)送信號。為此，根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)產(chǎn)生多個任意調(diào)相信號，并利用一個不同調(diào)相信號分別對多個接收單元信號中的每個接收單元信號進(jìn)行調(diào)相以產(chǎn)生多個調(diào)相信號。然后，該方法和系統(tǒng)將多個調(diào)相信號組合為一個組合信號、產(chǎn)生預(yù)期信號以及把組合信號與預(yù)期信號互相關(guān)以產(chǎn)生相關(guān)信號。然后，該方法和系統(tǒng)將相關(guān)信號存儲到相關(guān)信號存儲器內(nèi)，并分析相關(guān)信號以從發(fā)送信號中提取信息。
文檔編號H04B7/10GK1473404SQ01818178
公開日2004年2月4日 申請日期2001年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月27日
發(fā)明者卡爾·M·艾拉姆, 卡爾 M 艾拉姆 申請人:格林威治科技聯(lián)合公司