專利名稱：高數(shù)據(jù)率無線局域網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域一般地說，本發(fā)明涉及各種高數(shù)據(jù)率無線局域網(wǎng)絡(luò)，較具體地說，涉及應(yīng)用于受到多路徑干擾的高數(shù)據(jù)率的無線局域網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明的背景使各個計算機(jī)之間可以互相進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的計算機(jī)通信網(wǎng)已變得很普通。例如，一個第一計算機(jī)的用戶可以與一個第二計算機(jī)進(jìn)行文件和實(shí)時數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)是在位于一個共同地區(qū)內(nèi)的多個計算機(jī)之間提供計算機(jī)通信的計算機(jī)通信網(wǎng)。例如，典型的情形是LAN用于使一個辦公樓或者教學(xué)樓內(nèi)的多個個人計算機(jī)或工作站互相連通，或者使位于一個校園內(nèi)的或辦公區(qū)內(nèi)的幾個樓中的多個計算機(jī)互相連通。典型的情形是，連接在LAN上的多個計算機(jī)之間互相通信，它們通常也還和一個或幾個裝備有輸出設(shè)備(如打印機(jī))和大容量數(shù)據(jù)存儲器(例如文件服務(wù)器)的一個或幾個中央的或?qū)I(yè)的計算機(jī)(例如主計算機(jī))互相通信。
計算機(jī)通信網(wǎng)，如LAN，利用某種傳送介質(zhì)來在網(wǎng)絡(luò)中的多個數(shù)據(jù)裝置之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信號通信。一般，該傳送介質(zhì)是導(dǎo)線網(wǎng)絡(luò)。導(dǎo)線可能會遇到一些麻煩，例如存在日常的維護(hù)問題、要占用空間、需要安裝時間、限制連接在網(wǎng)絡(luò)上的計算機(jī)的移動等。
為了克服與使用導(dǎo)線作為傳送介質(zhì)的系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的問題，可以在計算機(jī)通信網(wǎng)中使用多個無線電發(fā)送接收機(jī)來在各計算機(jī)之間進(jìn)行運(yùn)載數(shù)據(jù)信息的無線電信號的通信。由于低的數(shù)據(jù)傳送率和/或低的可靠度，至今無線電發(fā)送接收機(jī)的使用被接受的程度不大。典型地，如果降低數(shù)據(jù)傳送率，則可靠度就能得到改善?；蛘?，可以得到高的數(shù)據(jù)傳送率，但這時可靠度就降低。
無線局域網(wǎng)絡(luò)中各計算機(jī)之間的高數(shù)據(jù)率傳送的主要障礙是一種稱之為“多路徑”的干擾現(xiàn)象。一個無線電信號在傳向接收機(jī)時常常會途經(jīng)多種路徑。例如，傳播環(huán)境中的一些表面的反射可能導(dǎo)至多個傳播路徑。這些路徑中的一些路徑比其他的路徑長。因此，由于每條路徑上的信號的傳播速度是相同的，于是沿某些路徑傳播的信號要比沿另外路徑傳播的信號晚一些才到接收機(jī)。有時當(dāng)較晚的信號到達(dá)接收機(jī)時就會和較早到達(dá)的信號發(fā)生干涉，造成信號降質(zhì)。
多路徑時延分散是指最早到達(dá)接收機(jī)的發(fā)送信號的到達(dá)時刻和最晚到達(dá)接收機(jī)的發(fā)送信號的到達(dá)時刻之間的時間。
為了理解多路徑效應(yīng)和本發(fā)明，討論一下“符號”這個術(shù)語是有幫助的。一個或多個符號可以結(jié)合起來形成一個能夠傳遞一個意思的消息。每一個符號都是從一組可能的符號中選出的，并能唯一地被識別，這組可能的符號叫做符號表。符號表中的符號數(shù)目叫做該符號表的“階次”。例如，字母“a”、“b”、“c”是英語符號表(字母表)中的幾個符號，這里該英語符號表的階次為26。數(shù)“0”和“1”是二進(jìn)制數(shù)系統(tǒng)中的兩個符號，該系統(tǒng)的階次為2。
有可能用第二個符號表中的一個符號來代表第一個符號表中的一系列符號，例如用符號“a”來代表二進(jìn)制符號序列“101”。該二進(jìn)制符號序列由三個二進(jìn)制符號組成。由于每個二進(jìn)制符號都可以是兩個可能符號中的任一個，所以在一個由三個二進(jìn)制符號組成的序列中，有8種可能的互不相同的二進(jìn)制符號序列。這樣，為了代表這8種可能的互不相同的含有三個二進(jìn)制符號的序列，需要一個階次為8的符號表。一般地說，為了代表M＝2N種可能的互不相同的含有N個二進(jìn)制符號的序列，需要一個階次為M＝2N的符號表。正像二進(jìn)制發(fā)信可以叫做二值發(fā)信那樣，一個利用階次為8的符號表來代表三位的二進(jìn)制序號序列的發(fā)信系統(tǒng)叫做8值發(fā)信。在通信系統(tǒng)設(shè)計的術(shù)語中，一個8值符號的表示方式被叫做用“每符號3比特”來代表每一個符號。
一般地說，一個用階次為M＝2N的符號表來代表一個N位的二進(jìn)制符號序列的發(fā)信系統(tǒng)被叫做是M值發(fā)信。在M值發(fā)信中，等價的二進(jìn)制數(shù)據(jù)率R等于符號率S乘以每個符號的比特數(shù)N，即R＝S·N。每個符號的比特數(shù)N等于log2M。所以，對于8值發(fā)信有N＝3，從而等價二進(jìn)制數(shù)據(jù)率是符號率的三倍(假定沒有錯誤校正碼，也沒有引頭比特位)。
在二進(jìn)制發(fā)信中，由于這時M＝2，每個符號的比特數(shù)N＝1，所以等價二進(jìn)制數(shù)據(jù)率等于符號率，即R＝S。這樣，在二進(jìn)制發(fā)信的討論中“比特”和“符號”常?？梢曰Q使用。
在無線電通信中，發(fā)送機(jī)含有一個調(diào)制器，它給出代表提供給它的信息的發(fā)送信號。反之，接收機(jī)含有一個解調(diào)器，它接收發(fā)送信號并在理想情形下給出由該發(fā)送信號所代表的原始信息。通常，提供給調(diào)制器的信息包含有多個符號，這里的每個符號都是從一個有限的符號組中選出的。對于提供給調(diào)制器的每一個符號，調(diào)制器都產(chǎn)生一個從一組離散的符號波形中選出的相應(yīng)的符號波形，然后該符號波形被發(fā)送到一個通信頻道上，以供至少一個接收機(jī)接收。
每個被發(fā)送的符號波形都會受到失真和噪聲的影響，使得每個接收到的符號波形不同于相應(yīng)的原始的發(fā)送符號波形，而變得較相似于實(shí)際上沒有發(fā)送的其他符號波形。于是，有必要確定在已知的離散符號組中哪一個符號是最可能被發(fā)送的符號。這個確定在接收機(jī)的解調(diào)器中進(jìn)行，解調(diào)器的輸出是一個從已知的符號組中選出的一些符號的序列，它代表著對發(fā)送符號序列的最佳估計。
為了確定發(fā)送了什么符號序列，對于每個發(fā)送符號，解調(diào)器對相應(yīng)的接收符號波形進(jìn)行一段時間的處理，這段時間叫做相干積分時間。重要的是，每個相干積分時間應(yīng)該和每個接收符號波形相一致，由此給出正確的同步性。如果沒有正確的同步性，接收波形的符號內(nèi)容將被誤釋。
為了進(jìn)一步說清楚多路徑干擾的概念，考慮用二進(jìn)制數(shù)據(jù)調(diào)制波形來發(fā)送消息的情況，其中每個消息符號由單個比特組成。當(dāng)多路徑時延分散大于一個符號波形的持續(xù)時間時，接收信號中首先到達(dá)的符號波形將和接收信號中前面的過分落后的另一個符號波形相重疊。這個現(xiàn)象叫做符號間干擾(ISI)。
例如，在典型的室內(nèi)或校園無線電網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，時延分散可能大于500ns。因?yàn)樵诙M(jìn)制數(shù)據(jù)調(diào)制中，數(shù)據(jù)率是符號持續(xù)時間的倒數(shù)倍，于是500ns的時延分散意味著，甚至當(dāng)數(shù)據(jù)率遠(yuǎn)小于2Mbps(每秒2兆比特)時就會造成由符號間干擾引起的明顯的數(shù)據(jù)錯誤。
除了符號間干擾之外，某些多路徑反射也能造成小于符號波形持續(xù)時間的時延分散。這種多路徑干擾形式叫做符號內(nèi)干擾，這種干擾可以引起總接收信號在幅度上的明顯降質(zhì)。
在符號內(nèi)干擾中，多路徑時延分散小于符號波形持續(xù)時間。于是，接收信號中首先到達(dá)的符號波形將和落后到達(dá)的同一符號波形中的非對應(yīng)部分相重疊。結(jié)果，由于在某些特定頻率處的相干抵消，大振幅的反射信號將在總接收信號的頻譜中造成周期性的振幅零值。振幅零的帶寬反比于造成干擾的對應(yīng)信號的落后時間。這個現(xiàn)象叫做“頻率選擇衰減”，它基本上破壞了發(fā)送機(jī)和接收機(jī)之間的通信可靠性。
通常利用分集法來克服頻率選擇衰減。這些方法有空間分集、極化分集和頻率分集。空間分集和極化分集少需要兩個接收機(jī)，每個接收機(jī)都有一個單獨(dú)的接收天線，使得每個天線的頻率選擇模式是不同的。
頻率分集式接收機(jī)可以共用一個寬帶接收天線，不過發(fā)送信號需被復(fù)制并在兩個載波信號上發(fā)送，這兩個載波信號的頻率相差一個大于零值頻率寬度的頻帶寬度。一個頻率分集式接收機(jī)單元由多個接收機(jī)組成，各個接收機(jī)調(diào)諧在各個載波頻率上。各個接收機(jī)的輸出的衰減模式是互相獨(dú)立的，利用這一點(diǎn)可以用幾種已知方法中的一種方法把這些輸出結(jié)合成一個輸出。因?yàn)檫@種方法對所用的每一個分集頻道使用了一個獨(dú)立的接收機(jī)，所以其實(shí)現(xiàn)成本是很高的。
減小多路徑效應(yīng)引起的符號間干擾并同時保持高數(shù)據(jù)率有一些已知的方法。第一種方法使用有高天線增益的高方向性的視性(LOS)微波連接，它所基于的事實(shí)是落后最多的信號往往是沿相對于微波天線中心軸有大偏離角的路徑到達(dá)天線的。這個方法的一個問題是，為了得到高天線增益，天線必須很大，安裝在固定的平臺上，還必須仔細(xì)地對準(zhǔn)方向。因此安裝和移動這種天線是復(fù)雜而昂貴的。對于小范圍室內(nèi)或校園環(huán)境來說，大天線是特別不合適的。
第二種減小由多路徑效應(yīng)導(dǎo)致的符號間干擾并保持高數(shù)據(jù)率的方法是利用自適應(yīng)濾波器來實(shí)現(xiàn)的回波抵消技術(shù)。然而，無線電通信的高動態(tài)環(huán)境所要求的高數(shù)據(jù)率使得自適應(yīng)濾波器的成本和計算要求無法滿足。
第三種方法是把發(fā)送的波形分成多個頻道發(fā)送，每個頻道有不同的載波頻率，并且其帶寬要比單頻道發(fā)送時的要小(因此要用較長的符號持續(xù)時間)。由于每個頻道需要一個獨(dú)立的接收機(jī)，所以這個方法的成本太大。
第四種方法是最不常用的方法，它利用M值正交發(fā)信，其符號的長度是二進(jìn)制符號長度的log2M倍。根據(jù)正交性質(zhì)，代表每個符號的波形在符號表中的其他任一個符號的波形上的投影為零，而構(gòu)成消息的各個符號就是從這個符號表中選取的。從而，該符號表中的每個符號就比不存在正交性時更容易與符號表中的其他符號區(qū)分出來。
如果使正交信號的符號持續(xù)時間比多路徑時延散布長得多，就可以減小多路徑的影響，例如，許多方法中的一個方法是利用M值頻移鍵控(MFSK)調(diào)制來把高階次符號表編碼成M個頻率中的一個頻率。正交發(fā)信仍需要一個分集式接收機(jī)，以克服符號間干擾。而且，和普通通信頻道相比，正交發(fā)信需要較大的帶寬來實(shí)現(xiàn)，因此典型地將為政府法規(guī)所禁止。
一般地說，所有這些減小由多路徑效應(yīng)導(dǎo)致的符號間干擾并保持高數(shù)據(jù)率的方法都必須還含有分集式接收的手段，以減小符號內(nèi)干擾，結(jié)果必須使用兩個接收機(jī)。
直接序列擴(kuò)散譜(DSSS)調(diào)制是一種乘法調(diào)制技術(shù)，它可以用來分辨和鑒別多路徑干擾。一種常用但不令人滿意的減輕多路徑效應(yīng)的方法是把直接序列擴(kuò)散譜調(diào)制和二進(jìn)制數(shù)據(jù)調(diào)制相結(jié)合使用，其中DSSS調(diào)制的直接序列擴(kuò)散函數(shù)是一個偽噪聲(PN)波形。該方法不能令人滿意的原因在于當(dāng)為了克服多路徑效應(yīng)而采用了足夠大的處理增益時它不能夠提供足夠高的數(shù)據(jù)率來支持LAN的吞吐率要求。
二進(jìn)制數(shù)據(jù)調(diào)制的擴(kuò)散譜波形的處理增益是DSSS調(diào)制的擴(kuò)散帶寬和數(shù)據(jù)帶寬之比值。由于政府法規(guī)的約束或信號處理技術(shù)缺陷的約束，擴(kuò)散帶寬常常是有限的。降低二進(jìn)制數(shù)據(jù)率可以增大處理增益，從而增大容錯能力，但同時也犧牲了數(shù)據(jù)的吞吐率。
減小由多路徑效應(yīng)導(dǎo)致的符號間和符號內(nèi)干擾的能力取決于擴(kuò)散譜波形的處理增益和接收機(jī)，而分辨相鄰路徑的能力只取決于擴(kuò)散帶寬，與符號率無關(guān)。
已經(jīng)知道可以用沃爾什(walsh)函數(shù)波形來實(shí)現(xiàn)碼分多重訪問(CDMA)。CDMA用來改善擴(kuò)散譜系統(tǒng)的頻道容量，該系統(tǒng)中多個發(fā)送機(jī)有同樣的頻譜。沃爾什函數(shù)調(diào)制用來提供可分離的信號。由于有限的處理增益，要保證這個可分離性是困難的，因此通常需要精確的發(fā)送機(jī)功率調(diào)整。進(jìn)一步改進(jìn)增益將是所希望的。
Gilhousen在美國專利No.5,103,459中專門說明了一種蜂窩電話系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用擴(kuò)散譜編碼來區(qū)分多個用戶的各個信號。這種能力是眾知的擴(kuò)散譜發(fā)信的一種CDMA應(yīng)用。它沒有涉及到多路徑干擾的減小。在前向頻道中，沃爾什函數(shù)發(fā)信是用來改進(jìn)CDMA性能的，不是用于數(shù)據(jù)調(diào)制。此外，沃爾什函數(shù)發(fā)信不是用來通過延長符號持續(xù)時間而提高CDMA處理增益的，而只是用來提供比單獨(dú)用偽噪聲DSSS所提供的更好的CDMA波形，這是因?yàn)槠涮幚硎沟迷诠灿孟嗤l帶的多個用戶之間出現(xiàn)正交性，而不是在數(shù)據(jù)符號之間出現(xiàn)正交性。雖然Gilhousen的上述美國專利討論了在逆向頻道中使用沃爾什函數(shù)數(shù)據(jù)調(diào)制，但是該專利明確說明沃爾什函數(shù)發(fā)信的目的是為了在瑞利衰減多路徑通道中獲得良好的高斯噪聲特征。所以排除了使用需要一個相干相位參考信號來進(jìn)行解調(diào)的調(diào)制，例如二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制。Gilhousen的上述專利說，在瑞利衰減多路徑環(huán)境中差分相移鍵控將不會很好工作，并且為了克服缺少相位參考問題，需要某種正交發(fā)信手段。況且，由于Gilhousen的前述專利中所討論的多路徑通道是瑞利衰減的，該專利沒有分辨和鑒別多路徑干擾。還有，在Gilhousen的上述專利中，數(shù)據(jù)調(diào)制的沃爾什函數(shù)發(fā)信的使用是獨(dú)立于擴(kuò)散譜編碼的使用的。Gilhousen的上述專利明確地說二進(jìn)制正交發(fā)信也是可工作的，這是因?yàn)椴恍枰喔傻南辔粎⒖肌ilhousen的上述專利中描述的接收機(jī)需要利用全部的前向和逆向頻道以使移動單元在時間上同步。事實(shí)上，需要一個衛(wèi)星運(yùn)載的定時系統(tǒng)來保持各個蜂窩單元之間的定時對準(zhǔn)。因此，Gilhousen的上述專利所公開的系統(tǒng)明顯是一個時間同步的CDMA蜂窩電話通信系統(tǒng)，所以它并不期望用于，或不適合用作一個高數(shù)據(jù)率射頻計算機(jī)間的通信系統(tǒng)。
Kerr的美國專利No.4,635,221和No.5,001,723描述了一種系統(tǒng)，它利用了表面聲波卷積器中可達(dá)到的帶寬，這種卷積器通常具有比信號發(fā)送可達(dá)到的帶寬高得多的處理帶寬。接收的信號被多重化在幾個載波頻率上，其中每一個都在卷積器內(nèi)被獨(dú)立地處理。卷積器用來同時地對接收的信號和M個由沃爾什函數(shù)和PN-DSSS波形組成的正交參考波形進(jìn)行比較。專利No.5,001,723描述了一種變體，它用正交正弦函數(shù)來代替專利No.4,635,221中的沃爾什函數(shù)。在下述意義上這兩個專利所涉及的范疇是比較窄的它們專門涉及了利用卷積器來解調(diào)多個信號的方法，而沒有公開任何實(shí)現(xiàn)適用于多路徑環(huán)境中的高數(shù)據(jù)率無線局域網(wǎng)的手段。
Groth在美國專利No.4,494,238中公開了對跨越多個在接收機(jī)中作相干處理的非連續(xù)載波頻率的偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜的利用。在這個系統(tǒng)中，沃爾什函數(shù)用來在接收機(jī)中產(chǎn)生一些用于進(jìn)行相位計算的信號，而不是用來在受到多路徑干擾的通信頻道上發(fā)信。
MacRae等人的美國專利No.4,872,182提供了一種確定使高頻無線電通信網(wǎng)絡(luò)工作的有用頻帶的方法。各個接收機(jī)通過它的偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜參考碼來識別，雖然其中沒有明顯地提到“CDMA”這個詞，但這隱含著擴(kuò)散譜編碼是用于CDMA目的的。沃爾什函數(shù)調(diào)制是用來規(guī)定控制信息的，該控制信息用于對可得到的頻帶進(jìn)行掃描，直到找到一個有用頻帶。
本發(fā)明的目的本發(fā)明的總的目的是提供一種能克服以往技術(shù)的上述各種問題的那種類型的無線LAN。
本發(fā)明的較具體的目的是提供一種能達(dá)到高數(shù)據(jù)率同時又能提供可靠的通信的無線LAN。
本發(fā)明的另一個目的是克服由多路徑效應(yīng)所導(dǎo)致的符號間和符號內(nèi)干擾，由此提供容錯性能(魯棒性)比以往技術(shù)可能達(dá)到的更好的較高的數(shù)據(jù)率。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種實(shí)現(xiàn)高可靠度、高數(shù)據(jù)率的無線局域網(wǎng)的實(shí)際裝置。本發(fā)明的概述本發(fā)明提供一種給出即使存在有多路徑干擾的無線局域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信環(huán)境下的高數(shù)據(jù)率的設(shè)備和方法。為了做到這一點(diǎn)，本發(fā)明把例如正交信號組這樣的高階次發(fā)信符號表和直接序列擴(kuò)散譜調(diào)制(DSSS)相結(jié)合，以提供能夠抑制由多路徑效應(yīng)所導(dǎo)致的符號內(nèi)干擾和符號間干擾的處理增益，同時也提供無線LAN所需的高數(shù)據(jù)吞吐率。再有，DSSS在這種高數(shù)據(jù)率中的應(yīng)用使符號內(nèi)干擾效果減少到這樣的程度，以致大為大小了對各種分集方法的需要。
使用高階次發(fā)信符號表使得一個符號波形的長度是等價的二進(jìn)制發(fā)信波形的log2M倍，其中M是高階次發(fā)信符號表的階次。高階次發(fā)信符號表的較長持續(xù)時間的符號波形和DSSS波形一起調(diào)制，從而在不增加擴(kuò)散譜發(fā)送帶寬的情形下給出了給定數(shù)據(jù)率下的增大了的處理增益。增大的處理增益造成了在數(shù)據(jù)率高到足以支持實(shí)際無線LAN的情形下的高容錯性能。
對于某些應(yīng)用，利用非正交的高階次發(fā)信符號表將可得到可接受的性能，該性能是指給定信噪比時的低誤碼率。非正交符號組的例子有正交振幅調(diào)制(QAM)信號構(gòu)象，和發(fā)送每個符號多于2比特的符號時的M值相移鍵控組。
在一個優(yōu)選實(shí)際例中，所用的高階次符號表中的各符號是互相正交的。用M值正交發(fā)信來實(shí)現(xiàn)高階次符號表通常是為可得到的窄帶頻道分配所不能容許的；為了傳送每個符號n個比特，所需的帶寬將是符號率的M倍，這里M的值是2n。如n和M之間的指數(shù)關(guān)系所表明的，支持M個正交波形所需的精細(xì)結(jié)構(gòu)(高頻成分)導(dǎo)致了對帶寬要求的指數(shù)式增大。例如，對于一個給定的符號率，把每個符號發(fā)送的比特數(shù)從4增大為5將使吞吐率(數(shù)據(jù)率)增加25％，但卻要求發(fā)送機(jī)的帶寬增加100％。
一個適配于直接序列擴(kuò)散碼的帶寬的，也即能被該帶寬支持的正交發(fā)信組的例子是沃爾什函數(shù)波形組。作為一種高階次符號表，這些波形能夠在不超過擴(kuò)散譜發(fā)信獨(dú)自所需占用的發(fā)送帶寬的情形下直接被偽噪聲擴(kuò)散譜調(diào)制所調(diào)制。由于擴(kuò)散譜的頻率分配和擴(kuò)散譜發(fā)送接收機(jī)設(shè)備本質(zhì)上是寬帶的，所以當(dāng)沃爾什波形組和DSSS編碼結(jié)合使用時它并不需要額外的帶寬，雖然這時比僅僅用沃爾什函數(shù)對信號進(jìn)行編碼需要較大的帶寬。
結(jié)果，“使擴(kuò)散”和“解擴(kuò)散”這兩個詞分別可以被解釋為DSSS編碼波形的調(diào)制和解調(diào)制，而不論是否存在由于DSSS波形而引起的帶寬變化。對于其帶寬小于DSSS編碼波形帶寬的沃爾什函數(shù)波形的情形而言，“使擴(kuò)散”和“解擴(kuò)散”可以從較為普遍的意義上來理解。
本發(fā)明采用一種含有多個互相正交的二進(jìn)制波形的沃爾什函數(shù)波形，這些二進(jìn)制波形可以同時地調(diào)制在一個擴(kuò)散譜代碼上，使得沃爾什函數(shù)波形和擴(kuò)散譜波形兩者中的所有的二進(jìn)制值跳變都與一個公共時鐘信號的跳變同時發(fā)生。該時鐘信號的頻率選擇得能夠支持沃爾什函數(shù)以及擴(kuò)散譜函數(shù)中可能有的最精細(xì)的脈沖結(jié)構(gòu)。波形中可能出現(xiàn)的最精細(xì)的脈沖結(jié)構(gòu)確定了該波形的帶寬。因此，時鐘頻率確定了波形的帶寬。只要波形信號的跳變發(fā)生在時鐘脈沖的邊緣處，沃爾什函數(shù)和擴(kuò)散譜波形的相乘性結(jié)合就不需要超過其兩個組成波形的帶寬的額外帶寬。于是可以使用其帶寬小于或等于DSSS波形帶寬的沃爾什函數(shù)波形，而不會增加沃爾什函數(shù)/DSSS組合波形的帶寬。
在另一個優(yōu)選實(shí)施例中，給正交信號組補(bǔ)上了一個對踵的信號組，以形成一個雙正交信號組，這進(jìn)一步增加了給定DSSS處理增益下的數(shù)據(jù)率。其他的實(shí)施例還有像差分相移鍵控(PSK)那樣地進(jìn)行跨越兩個符號的非相干發(fā)信，以執(zhí)行雙正交發(fā)信；與單個符號內(nèi)的正交發(fā)信相結(jié)合的相干和非相干M值相移鍵控；以及跨越兩個符號的相干相移鍵控和單個符號內(nèi)的正交發(fā)信的差分編碼。
附圖的簡單說明通過下面結(jié)合附圖所作的詳細(xì)說明將可更充分地理解本發(fā)明，在附圖中

圖1是受多路徑干擾的通信頻道的示意性表示圖；圖2是時間和測得的脈沖響應(yīng)的對數(shù)之間的關(guān)系圖，該脈沖響應(yīng)是一個典型的同時呈現(xiàn)出符號內(nèi)干擾和符號間干擾的短距離多路徑頻道的脈沖響應(yīng)；圖3是一個擴(kuò)散譜發(fā)送機(jī)的方框圖和有關(guān)波形的時域表示；圖4是接收機(jī)中所用的相關(guān)處理器的方框圖，該相關(guān)處理用來使一個視線(LOS)信號解擴(kuò)散，該視線信號先經(jīng)過了DSSS編碼，然后又被通信頻道干擾，熱噪聲和多路徑效應(yīng)所降質(zhì)。
圖5A、5B和5C分別示出了視線信號及反射信號的時域圖、一個方框圖、和一個相關(guān)處理輸出圖，它們一起說明了對視線信號和反射信號的和進(jìn)行相關(guān)處理操作以產(chǎn)生相關(guān)處理輸出曲線；圖6是時間和測得的脈沖響應(yīng)的對數(shù)之間的關(guān)系圖，它說明了由每個符號的DSSS編碼所給出的明顯的符號間干擾的消除。
圖7是一個表示各種類型的LAN是否要求快速同步化的表格。
圖8是一種擴(kuò)散發(fā)送機(jī)的方框圖；圖9是一種具有向相關(guān)解調(diào)器提供定時信號的快速同步化電路的擴(kuò)散譜接收機(jī)的方框圖；圖10是一種具有一個執(zhí)行同步化的滑移串行相關(guān)器的擴(kuò)散譜接收機(jī)的原理圖；圖11是數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)的一個例子的圖；圖12是一種利用帶通濾波進(jìn)行直接序列(DS)去除的相關(guān)解調(diào)器的原理圖；圖13是一種利用基帶的DS去除和非相干DPSK的用于正交發(fā)信的非相位相干相關(guān)解調(diào)器的原理圖；圖14是一種利用基帶的DS去除和相干DPSK的用于正交發(fā)信的相位相干相關(guān)解調(diào)器的原理圖；圖15A-15H是示出按沃爾什階次遞增的前8個沃爾什函數(shù)波形的波形圖；圖16是在各種數(shù)據(jù)率下DPSK發(fā)信和正交發(fā)信時的1024比特數(shù)據(jù)包的正確解調(diào)概率和信號-干擾比之間的關(guān)系圖；圖17是圖16關(guān)系圖的部分放大圖；圖18是本發(fā)明接收機(jī)的電荷轉(zhuǎn)移器件實(shí)現(xiàn)的集成電路布局圖；圖19是用于相干載波一相位參考信號的解調(diào)器芯片電路的原理圖；圖19A是詳細(xì)示出圖18的加/減模塊的方框圖；圖20是用于未知相位的載波信號的解調(diào)器芯片電路的原理圖，其中既處理同相位頻道，也處理正交相位頻道，并且原理性地示出了其中解調(diào)器芯片的結(jié)合電路；圖21A和21B是說明把圖20的電路分割成兩個芯片或者實(shí)現(xiàn)串級結(jié)構(gòu)的優(yōu)選方案的原理圖；圖22是計算沃爾什系數(shù)的基本單元的原理圖；以及圖23是把多個圖22的基本單元連接成樹狀結(jié)構(gòu)來進(jìn)行沃爾什系數(shù)計算的原理圖。
附圖的詳細(xì)說明本發(fā)明提供在局域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信環(huán)境下減少多路徑效應(yīng)并同時給出高數(shù)據(jù)率的一種設(shè)備和方法。本發(fā)明的設(shè)備和方法把高階次發(fā)信符號表，例如正交信號組，與直接序列擴(kuò)散譜(DSSS)調(diào)制結(jié)合在一起。
本發(fā)明認(rèn)識到，一種不需要比DSSS調(diào)制的擴(kuò)散碼有更大的帶寬的正交發(fā)信組例如是沃爾什函數(shù)波形組。作為一個高階次的符號表，這些波形可以與偽噪聲(PN)直接序列擴(kuò)散譜(DSSS)波形相結(jié)合，而不會使所占用的發(fā)送帶寬增加到超出單獨(dú)擴(kuò)散譜發(fā)信時所需的帶寬。沃爾什函數(shù)信號組所含有的二進(jìn)制波形可以被DSSS波形同步地相乘，使得沃爾什函數(shù)波形的所有二進(jìn)制跳變都發(fā)生在與產(chǎn)生DSSS波形的時鐘信號的跳變相同的時刻上。
波形的帶寬取決于波形可能有的最精細(xì)脈沖結(jié)構(gòu)。因?yàn)闀r鐘的每個跳變代表著可能的信號跳變，所以時鐘率確定了信號波形的可能的最精細(xì)脈沖結(jié)構(gòu)。最大帶寬的波形的發(fā)生時鐘跳變點(diǎn)上的任何信號跳變都不會需要超過時鐘信號帶寬的額外帶寬。
還存在有其他的途徑來提供與擴(kuò)散譜技術(shù)結(jié)合使用的正交信號組。代替利用與單個偽噪聲擴(kuò)散碼相結(jié)合的分開的例如沃爾什函數(shù)這樣的相乘性正交信號組來實(shí)現(xiàn)發(fā)信，符號波形也可以從一組近似的正交偽噪聲(PN)擴(kuò)散碼中來選取，或者從這些擴(kuò)散碼的相移中來選取。發(fā)送同一種代碼的各種相移的調(diào)制包括有例如脈沖位置調(diào)制(PPM)和循環(huán)碼移動鍵控調(diào)制，但是由于這些時移調(diào)制在受到多路徑延時時其解調(diào)可能會出現(xiàn)含混，因此時移調(diào)制是不適當(dāng)?shù)?。那種通過發(fā)送一組PN擴(kuò)散波形中的一個波形來代表數(shù)據(jù)的調(diào)制也有許多問題。
只有那些循環(huán)性的、未加數(shù)據(jù)調(diào)制的最大長度序列的PN波形才呈現(xiàn)出所需的近似正交的互相關(guān)性質(zhì)。隨機(jī)選取的PN波形呈現(xiàn)出等于PN波形處理增益的平均互相關(guān)值(不同的波形對之間的)。要導(dǎo)出一個具有良好互相關(guān)性質(zhì)的波形子組是困難的。所需波形的數(shù)目隨著必須發(fā)送的每個符號的比特數(shù)指數(shù)地增加。這些波形一旦確定之后，則因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)中的各個波形是互相無關(guān)的，所以它們必須由多個獨(dú)立的PN發(fā)生器來產(chǎn)生。
在接收機(jī)中，由于各個波形一般是互相獨(dú)立的，所以對每一個發(fā)送來的波形都必須有一個分開的擴(kuò)散譜相關(guān)器。每個相關(guān)器都對接收到的信號操作，試圖在其輸出端給出一個能代表接收信號波形和參考波形之間的相關(guān)程度的電平。在各個相關(guān)器中將提供各個有可能發(fā)送的波形來作為參考波形。關(guān)于實(shí)際上是發(fā)送了哪一個波形的數(shù)據(jù)決策是由具有最大輸出信號的那個相關(guān)器來確定的。
反之，根據(jù)本發(fā)明，沃爾什函數(shù)不會出現(xiàn)這些問題，沃爾什函數(shù)的規(guī)則的波形結(jié)構(gòu)使得可以容易地合成出一組任意階次的波形。在接收機(jī)中，本發(fā)明充分利用了沃沃爾什函數(shù)波形的分解性質(zhì)，使得一個相關(guān)器可以用多個相同的元件來構(gòu)筑，詳見后述。這樣，根據(jù)本發(fā)明，沃爾什函數(shù)正交數(shù)據(jù)調(diào)制是一種用來和擴(kuò)散譜調(diào)制相結(jié)合的優(yōu)選的數(shù)據(jù)調(diào)制形式。
不過，任何一種能夠給出對M個沃爾什函數(shù)波形中的第一個波形的相關(guān)值的手段也都是可使用的。關(guān)于與擴(kuò)散譜調(diào)制相結(jié)合使用，作為其他的例子，例如快速沃爾什變換(也稱作快速哈達(dá)馬(Hadamard)變換)，也同樣是可用的。
一個正交信號組的特征是具有這樣的性質(zhì)，即信號組中任一個波形在其他波形上的投影都為零。反之，一個對踵信號組的特征是具有這樣的性質(zhì)，即一個波形可以在另一個波形上有負(fù)的投影。結(jié)合這兩種信號組就形成了一個雙正交信號組，其中既可能是正交信號也可能是對踵信號。其好處是，雙正交數(shù)據(jù)調(diào)制能在不增加發(fā)送帶寬或不減小處理增益的情況下給出每個符號的額外的數(shù)據(jù)比特。這時將伴隨著需要略微增大的信噪比，不過這影響不大。
如圖14的示范性實(shí)施例中所說明的，雙正交信號組可以在沃爾什函數(shù)解調(diào)器中實(shí)現(xiàn)，其中任何波形的正、負(fù)相位都可用作一個符號中的額外可能的波形。這樣，相移鍵控(PSK)可以和正交發(fā)信結(jié)合。只要跟蹤接收信號的相位，就可以相干地處理雙正交調(diào)制。
或者，如圖13的示范性實(shí)施例所說明的，利用各符號之間的差分相移鍵控(DPSK)，也可以非相干地處理雙正交調(diào)制。如果采用非相干DPSK，則在各正交的接收機(jī)對每一對相鄰符號確定了最可能發(fā)送的是哪一個波形之后，DPSK接收機(jī)就確定在每一對符號波形的載波之間是否有可能發(fā)生了相位反轉(zhuǎn)。正像二進(jìn)制DPSK那樣，被進(jìn)行這個操作的下一對符號將由前一對符號中的第二個符號和一個新符號所組成。
正像如果在接收機(jī)中產(chǎn)生了一個相位參考時，相干PSK可以使用于每一個符號那樣，多相位相移鍵控也可以與正交發(fā)信一起使用，以提高數(shù)據(jù)率。不過，當(dāng)信號組的階次增加時，這種類型調(diào)制的比特誤碼率(BER)性能將快速下降。此外，也可以采用多級DPSK，例如差分正交相移鍵控(DQPSK)，它為了改善數(shù)據(jù)率而犧牲了BER性能。
本發(fā)明的幾個實(shí)施例給出了容錯性(魯棒性)強(qiáng)的無線LAN性能。一個這樣的實(shí)施例對發(fā)送符號序列中的每一個相繼的符號采用了不同的PN擴(kuò)散碼。由此使得因各發(fā)送符號之間的多路徑中的高互相關(guān)性旁瓣所引起的錯誤被隨機(jī)化了。
在一個優(yōu)選實(shí)施便中，為了進(jìn)一步減小誤碼率，也可以采用錯誤校正編碼。錯誤校正編碼可以用來補(bǔ)償在某些多路徑延時條件下可能發(fā)生的解碼器輸出端的高旁瓣所引起的一部分誤碼率。
在另外的實(shí)施例中，對每個相繼的符號重復(fù)同樣的PN碼。使用重復(fù)的PN碼可以有助于減小峰值互相關(guān)旁瓣電平，而改變代碼將引起各符號之間電平的某種隨機(jī)化。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例在擴(kuò)散譜碼調(diào)制中采用了脈沖整形濾波器，以減小為達(dá)到某一給定處理增益所需的帶寬。本技術(shù)領(lǐng)域的人們都知道，在頻率域中具有方形波形的，也即沒有頻率旁瓣的波形能夠給出最大的處理增益。因此，代碼脈沖的形狀以其較高的時間域旁瓣來換得較低的頻率域旁瓣，即頻率域內(nèi)的方形程度。多路徑環(huán)境參見圖1，區(qū)分多路徑干擾的兩種主要類型是有用的?！敖汀倍嗦窂礁蓴_是由于存在有視線(LOS)信號26的一個反射信號28而引起的，這后一信號只比直接的視線信號26多傳播了一個小距離，從而造成了接收信號的相干抵消和信號功率的深度衰減，這里的接收信號至少是反射信號28和LOS信號26的組合。這種類型的反射信號相對于LOS信號26的延時不超過LOS信號26中一個數(shù)據(jù)符號的持續(xù)時間，所以由此造成的干擾被叫做“信號內(nèi)”干擾。這種類型的多路徑干擾是在這樣的情形中造成的，即當(dāng)從一個反射面上反射的反射信號的傳播路徑在射到接收機(jī)上時與LOS信號之間只有一個小的夾角。
LOS信號26和反射信號28的各種頻率成分在接收機(jī)上發(fā)生相消干涉，使得接收頻譜中出現(xiàn)零點(diǎn)。例如，假如用一個窄帶信號，也即一個占據(jù)比較窄的頻率范圍的信號(這在傳統(tǒng)的通信中普遍使用)，去調(diào)制一個其頻率位在接收頻譜中的一個零點(diǎn)處的載波信號，并且該窄帶信號既沿著LOS路徑又沿著反射路徑傳播到接收機(jī)，那末接收到的調(diào)制信號的振幅將幾乎為零。甚至有可能發(fā)生這樣的情況，即調(diào)制信號的振幅將減小到小于由通信頻道所引入的噪聲的振幅，結(jié)果造成數(shù)據(jù)錯誤。這個效應(yīng)叫做多路徑衰減。
例如，假定接收機(jī)位在距發(fā)送機(jī)200m遠(yuǎn)處，另有一個信號反射器位在與接收機(jī)/發(fā)送機(jī)之間的視線的垂直距離為45m的地點(diǎn)，則一個從發(fā)送機(jī)發(fā)出、經(jīng)過該反射器反射后又射向接收機(jī)的反射信號將比LOS信號多傳播20m的距離。所以在這個例子中，反射信號比LOS信號大約要晚到65納秒(ns)。如果該反射是鏡面反射，實(shí)際上經(jīng)常如此，則反射信號的振幅可以接近于LOS信號的振幅，由此引起了深度的衰減。
“遠(yuǎn)型”多路徑干擾發(fā)生在這樣的情形中，這時反射信號傳播的距離比LOS信號大得多，以致所造成的延時大于一個數(shù)據(jù)符號的持續(xù)時間。這樣造成的干擾叫做“符號間干擾”(ISI)。造成反射的原因可以和“近型”多路徑中的相似，但發(fā)送/接收機(jī)相對于反射表面的相對幾何位置使得反射信號在衰減到遠(yuǎn)小于LOS信號的振幅之前具有了足以可能超出符號持續(xù)時間的反射路徑長度。本發(fā)明排除了遠(yuǎn)型多路徑干擾加在二進(jìn)制通信數(shù)據(jù)率上的這種以往存在的限制。
當(dāng)對應(yīng)于第一個數(shù)據(jù)比特的反射信號和對應(yīng)于第二個數(shù)據(jù)比特的直接路徑信號相重疊時，就發(fā)生了符號間干擾(ISI)。ISI會引起接收機(jī)中的數(shù)據(jù)恢復(fù)錯誤。例如，如果兩個發(fā)送/接收機(jī)相距200m，并且反射器位在距LOS路徑的垂直距離為150m而且每個發(fā)送/接收機(jī)等距離的地方，則反射路徑將比LOS信號傳播的直接路徑長160m。于是，反射信號的到達(dá)時間約比LOS信號晚535ns。在這個操作環(huán)境下，二進(jìn)制發(fā)信將被限制在遠(yuǎn)小于2Mbps的比特率上。
圖2示出無線LAN通信頻道的一個典型的濾波脈沖響應(yīng)測量結(jié)果。這里，T代表符號持續(xù)時間。起始(濾波的)脈沖代表對一個所發(fā)送的脈沖的LOS響應(yīng)。所有后面的響應(yīng)都是由反射造成的。對于這個T值，符號內(nèi)干擾和符號間干擾都是明顯的。擴(kuò)散譜性能的優(yōu)點(diǎn)參見圖3，偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜技術(shù)(PN-DSSS)采用了一個相乘性調(diào)制步驟，它把發(fā)送信號分布到比為支持某個數(shù)據(jù)率正常所需的頻率范圍(帶寬)較大的頻率范圍上。例如，在第一個調(diào)制器34中用二進(jìn)制數(shù)據(jù)30來對載波信號32進(jìn)行相移鍵控調(diào)制。第一調(diào)制器34的輸出36的頻率帶寬為二進(jìn)制數(shù)據(jù)30的數(shù)據(jù)率的量級。調(diào)制數(shù)據(jù)信號30中的陡銳的信號跳變38引起調(diào)制后信號36的相位反轉(zhuǎn)。根據(jù)傅利葉變換理論，相位反轉(zhuǎn)39把高頻信號成分引入到信號帶寬中。
PN-DSSS擴(kuò)散碼42中最精細(xì)的脈沖結(jié)構(gòu)通常叫做一個契普(chip)40，以與比特相區(qū)別，它的含義是指數(shù)據(jù)信號中可能的最小脈沖。在第二調(diào)制器44中，用PN-DSSS擴(kuò)散碼42對波形36進(jìn)行相移鍵控調(diào)制，使輸出波形45的每個數(shù)據(jù)符號中有多得多的相位反轉(zhuǎn)。第二調(diào)制器44的輸出波形45具有和PN-DSSS碼相同的帶寬。調(diào)制器34和44的調(diào)制先后次序可以顛倒過來，而且調(diào)制的形式也可以是本技術(shù)領(lǐng)域所熟知的最小移頻鍵控或各種其他的連續(xù)相移鍵控波形。
參見圖4，在接收機(jī)46中，利用一個參考代碼49由相關(guān)處理除去擴(kuò)散碼42，這可以利用例如一個匹配濾波器或者一個串行相關(guān)器48來實(shí)現(xiàn)。由相關(guān)器48實(shí)行的相關(guān)處理給出了構(gòu)成接收信號的各個傳播路徑信號的線性分解50。這種分解在信號處理中是固有的。不需要反饋。因此，與自適應(yīng)平衡系統(tǒng)不同，這里可以不用緊張的計算來處理寬頻道的動態(tài)變化。
如圖4所示，接收機(jī)46中的相關(guān)處理器48執(zhí)行當(dāng)?shù)貐⒖即a49和受到通過通信頻道時的損害后的接收信號47之間的互相關(guān)處理。相關(guān)處理的輸出50描述了接收信號相對于參考代碼信號的相對位移范圍。擴(kuò)散碼信號42的選擇使得其自相關(guān)函數(shù)除了在信號對準(zhǔn)時之外的任何地點(diǎn)都接近于零。當(dāng)信號對準(zhǔn)時，將出現(xiàn)一個被稱作相關(guān)峰50的三角形脈沖，該脈沖的底寬為2/Tc，其中Tc是契普的寬度。
當(dāng)達(dá)到完全對準(zhǔn)時，將出現(xiàn)相關(guān)峰50的峰值?；貞浺幌?，擴(kuò)散碼的每個比特叫做一個契普，以與數(shù)據(jù)比特相區(qū)分。因此，如果在一個互相關(guān)區(qū)間，例如一個符號持續(xù)時間，內(nèi)有擴(kuò)散序列的16個契普，那么擴(kuò)散碼可以有16種可能的方式對準(zhǔn)于要相關(guān)的信號，這時契普邊緣也對準(zhǔn)了。契普定時的分?jǐn)?shù)移動是造成未知契普邊緣定時的原因。相關(guān)處理確定了哪個相對位置造成了明顯的信號能量(相關(guān)峰)，而其余各種相對位置只有可忽略不計的能量，也就是沒有信號峰。
參見圖5，反射信號52和LOS信號54的PN-DSSS擴(kuò)散譜調(diào)制它們可以利用相關(guān)處理56而在接收機(jī)中在時間上被分辯開，由此排除了多路徑干擾。經(jīng)過相關(guān)處理56之后，信號52和54將分別由移位后的相關(guān)峰52a和54a所代表，每個峰具有一個代表相對接收信號強(qiáng)度的幅度。實(shí)際上，在掃過相對的代碼對準(zhǔn)時，相關(guān)處理的輸出接近于能分辨擴(kuò)散帶寬的通信頻道的脈沖響應(yīng)，就像它是所有信號路徑的自相關(guān)函數(shù)的線性和一樣。
根據(jù)本發(fā)明，采用PN-DSSS擴(kuò)散譜發(fā)信的一個好處是減輕了嚴(yán)重的遠(yuǎn)型多路徑ISI。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，這是通過對每個數(shù)據(jù)符號改變擴(kuò)散譜波形以使得每個數(shù)據(jù)符號的ISI不再與任何后繼符號的DS碼相關(guān)而達(dá)到的。
圖6是在圖2的頻道脈沖響應(yīng)的情形下的相關(guān)處理輸出曲線。因?yàn)槊總€數(shù)據(jù)符號都被一個不同的PN-DSSS波形調(diào)制，所以頻道脈沖響應(yīng)的遠(yuǎn)型多路徑部分在超出符號時間處被截斷了。
相關(guān)處理可以用一個串行相關(guān)器或者一個匹配濾波器或者類似這兩者的器件來實(shí)現(xiàn)。串行相關(guān)器(也稱作滑移相關(guān)器)，在一個叫做探測區(qū)間的處理周期之后進(jìn)行信號探測的測試。因?yàn)闉榱吮ＷC能獲得可接受的無線LAN性能，探測一個信號比解調(diào)一個信號需要更多的信號能量，所以探測區(qū)間通常要比數(shù)據(jù)符號長。
通過進(jìn)一步對多個相干積分區(qū)間進(jìn)行積分(不論是相干的還是非相干的)，可以得到更長的探測區(qū)間，其中每一個相干積分區(qū)間通常是和一個數(shù)據(jù)符號相關(guān)連的時期。在一個探測區(qū)間之后，如果沒有達(dá)到信號探測，則串行相關(guān)器使參考信號定時滑移PN-DSSS碼契普的一個分?jǐn)?shù)部分。必須檢測的探測區(qū)間的數(shù)目由代碼定時的不確定度和契普定時的過采樣量所決定。例如，如果定時是完全未知的，并且先頭部分的探測部分是一個16個契普的重復(fù)性序列，而且為了防止跨越丟失而進(jìn)行每隔半個契普的相關(guān)過采樣，那末為了達(dá)到探測接收信號的正確的定時，需要不超過32個的探測區(qū)間。如果探測區(qū)間是10個符號的長度，則發(fā)送機(jī)在發(fā)出數(shù)據(jù)之前必須先發(fā)送一個有320個符號長度的先頭部分。再有，因?yàn)镈SSS序列在先頭部分中是重復(fù)的，并且探測成功可能發(fā)生在任一個重復(fù)上，所以在出現(xiàn)信號探測成功之前，必須先獲得同步以確定哪一個符號是數(shù)據(jù)流的開始。由于對探測來說有足夠的信噪比，所以幀同步可以用一個容易識別的簡單的幀同步比特模式結(jié)構(gòu)來完成。
眾所周知，匹配濾波同步器或其等價裝置能夠在單個探測區(qū)間內(nèi)探測到所有的代碼定時關(guān)系，所以它可以用作為一個快速同步化器。和串行相關(guān)器不同，匹配濾波同步器在定時上是不會含糊的。接近于滿度匹配濾波器的各種器件有二進(jìn)制量化輸入匹配濾波器，或者含有某種非相干處理的匹配濾波器，或者能夠以幾個步驟(但沒有達(dá)到串行相關(guān)器的程度)執(zhí)行全定時搜索的匹配濾波器。
為了實(shí)現(xiàn)同步化是選擇用相關(guān)器還是選擇用匹配濾波器取決于具體的應(yīng)用。相關(guān)器的成本低得多，并且技術(shù)依賴性也小。匹配濾波器有很多的運(yùn)算。如果該應(yīng)用可以容許長的同步引頭部分，或者具有利用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)連接程序的幫助探測處理的手段，就可以用相關(guān)器。局域網(wǎng)絡(luò)頻道訪問協(xié)議通信頻道訪問協(xié)議是一組能夠讓多個用戶訪問一個公用的通信頻道的程序。例如，在某些通信環(huán)境下，其中有多個發(fā)送機(jī)使用同一個通信頻帶，通信頻道訪問協(xié)議將基于吞吐量要求和通信傳送優(yōu)先權(quán)，要求每一個發(fā)送機(jī)輪流在該頻道上發(fā)送。為了發(fā)送大的數(shù)據(jù)塊，計算機(jī)通信協(xié)議往往把數(shù)據(jù)分成多個稱作包的較小的塊區(qū)，并發(fā)送這些包。在接收機(jī)中這些包再重新連接起來。把數(shù)據(jù)分成包使得多個用戶可以公平地和有效地分享通信頻道。
圖7就同步化電路所需要的速度比較了6種已知的協(xié)議類型。所使用的協(xié)議將影響到同步化器需要什么樣的速度，這是因?yàn)橥揭^部分會影響平均數(shù)據(jù)吞吐量。例如，串行相關(guān)同步化器中的信號探測一般是慢的，但如果該協(xié)議能夠支持利用以前的定時信息，則通過利用以前的定時信息可以改善串行相關(guān)器的速度。通過對粗分辨率的定時進(jìn)行長時期的跟蹤以使每個數(shù)據(jù)包的定時不確定度達(dá)到最小，可以確定出定時信息?；蛘?，也可以借助于由一個定時中心通過廣播發(fā)送的中央定時控制來確定定時信息。這種類型的通信系統(tǒng)將被稱作是“時隙的”，以提示控制信息的同步性質(zhì)。
如果頻道不是時隙的而是隨機(jī)訪問的，那末所使用的數(shù)據(jù)包的長度將成為關(guān)鍵。如果數(shù)據(jù)包的長度比串行相關(guān)器同步所需的先頭部分長得多，則先頭部分就不會影響通信頻道吞吐量的效率。然而，如果希望數(shù)據(jù)包的持續(xù)時間比先頭部分短，則為了保持頻道效率必須使用快速的同步化器。有時，為了根據(jù)要發(fā)送的數(shù)據(jù)的類型來優(yōu)化傳送流量，為了再發(fā)送控制，或者為了工作于突發(fā)性干擾環(huán)境，需要用短的數(shù)據(jù)包。
眾所周知，匹配濾波同步化器或用等價物將在單個探測區(qū)間內(nèi)探測所有的代碼定時關(guān)系，因此它能夠用作快速同步化器。當(dāng)使用短數(shù)據(jù)包時，重要的是所用的同步化器應(yīng)是足夠地快的，以便能獲得低的所需的同步引頭部分。
另一種方法是一個網(wǎng)絡(luò)，它基于信息轉(zhuǎn)換而不是包轉(zhuǎn)換。在信息轉(zhuǎn)換中，通信的傳送被包化了，頻道的每個用戶都發(fā)送含有一系列包的信息，其他的用戶都不能中斷這個信息。這時不需要象包轉(zhuǎn)換那樣對每一個包都進(jìn)行同步，包轉(zhuǎn)換時需要這樣是因?yàn)槊總€相繼的包可以是由不同的用戶發(fā)送的。在圖7的表中可以看出，只有包轉(zhuǎn)換中使用短包的隨機(jī)訪問協(xié)議才需要快速同步器。
如果發(fā)送是信息轉(zhuǎn)換的，或者如果包的長度長于時鐘的穩(wěn)定性所容許的，或者多普勒頻移所容許的，則為了保持整個發(fā)送中的同步，必須使用一個定時跟蹤環(huán)。作為一個例子，假定使用了5Mbps的數(shù)據(jù)率和200kbit的包長度，則包持續(xù)時間為40ms。如果所需的的時間對準(zhǔn)必須保持在初始同步定時的20ns(它必須明顯小于一個代碼契普的持續(xù)時間)之內(nèi)，則在發(fā)送機(jī)和接收機(jī)之間需要有20ppm的凈時鐘偏置?；蛘撸梢杂靡粋€延時鎖定定時控制環(huán)來保持參考代碼對接收信號的對準(zhǔn)?；蛘?，可以用一個自動頻率控制(AFC)環(huán)來鎖定時鐘頻率。
圖8示出了本發(fā)明的用于無線LAN通信系統(tǒng)的發(fā)送機(jī)的一個實(shí)施例。計算機(jī)接口60提供了一個二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，該數(shù)據(jù)流首先被一個符號分組模塊62分成一系列的數(shù)據(jù)字，每個數(shù)據(jù)字代表一個符號值。這些符號值可以任選地通過一個編碼器64，以加上錯誤校正編碼。對于正交發(fā)信，可以采用具有匹配于調(diào)制符號表的符號的里德一所羅門(Reed-Solomon)錯誤校正碼。對于雙正交發(fā)信，只可以采用里德-所羅門碼，或者是里德-所羅門/二進(jìn)制編碼技術(shù)，后者中的里德-所羅門編碼用來校正正交解調(diào)處理，二進(jìn)制校正用于逐個符號地相位反轉(zhuǎn)解調(diào)。對于正交發(fā)信或雙正交發(fā)信，也可以任選地采用擦除解碼，由此在基于例如振幅信號的解碼器中可以指示出可能存在的錯誤。例如，在正交解碼過程中產(chǎn)生的符號錯誤將對利用相應(yīng)的錯誤符號所作出的相位反轉(zhuǎn)決策的正確性提出懷疑。
較具體地說，錯誤校正編碼一般是試圖盡量校正一個符號組內(nèi)的大量可校正的錯誤。這個組叫做“編碼塊”。里德-所羅門編碼塊包含有一組與一些“檢驗(yàn)”符號連接在一起的原始數(shù)據(jù)符號，這種“檢驗(yàn)”符號在形式上和數(shù)據(jù)符號相同，但實(shí)際上含有編碼信息。數(shù)據(jù)中所含的檢驗(yàn)符號愈多，則可以校正的錯誤數(shù)據(jù)符號也愈多。數(shù)據(jù)符號數(shù)與整個組內(nèi)的總符號數(shù)之比叫做“編碼”率。例如“1/2比率”的編碼意味著數(shù)據(jù)符號和檢驗(yàn)符號的數(shù)目相等。比率1/2被認(rèn)為是低編碼率的。低比率編碼的后果是，降低了高斯噪聲環(huán)境下進(jìn)行有效解調(diào)所需的最小信噪比，并可獲得對突發(fā)性錯誤的寬容性。
本發(fā)明的設(shè)備和方法可以為了不盡相同的目的而使用編碼，于是本發(fā)明的一個特征是包含這樣一種編碼方法，這種方法對于較為普通的編碼應(yīng)用來說一般被認(rèn)為是不合適的，這些普通應(yīng)用例如有衛(wèi)星通信或計算機(jī)硬盤驅(qū)動器的錯誤校正。這類應(yīng)用為了獲得所需的性能通常需要低比率的代碼和大的編碼塊。實(shí)際上，已經(jīng)可以得到能夠?qū)崿F(xiàn)普通編碼技術(shù)的集成電路，但已發(fā)現(xiàn)對這里的應(yīng)用來說它們是不適用的。基于直接序列和沃爾什正交發(fā)信的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一個獨(dú)特的問題是，隨著所使用的直接序列碼的不同和實(shí)際多路徑延時的不同，可能存在有由多路徑自身干擾而引起的不可降低的錯誤率。這意味著，即使信噪比十分高，解調(diào)數(shù)據(jù)中仍會出現(xiàn)錯誤。
為了解決這一問題，使用高比率代碼。也就是說，對于每個數(shù)據(jù)塊最好使用小量的檢驗(yàn)符號。這種獨(dú)特的使用編碼的方式消除了不可降低的錯誤率，同時保持了無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的吞吐量要求。如果使用較普通的編碼方法，雖然也可能消除不可降低的錯誤率，但其代價是數(shù)據(jù)吞吐量的嚴(yán)重下降，以及硬件和軟件的復(fù)雜程度大為增加。根據(jù)本發(fā)明的一個特征，雖然這種代價對其他應(yīng)用來說常常是不得不付出的，但在無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中卻不希望用它來解決多路徑問題。
可以通過改變直接序列碼中每一個符號來幫助高比率的錯誤校正碼，它能夠使每個符號上的多路徑效應(yīng)隨機(jī)化，即使各符號之間的多路徑?jīng)]有改變時也是如此。再有，最好使用短的編碼塊。短編碼塊即使在每個塊內(nèi)只有小量的校正度也可以使高比率碼具有高容錯性包的性能。希望使用較小的編碼塊還有其他的理由為了改變一個塊內(nèi)的每個符號而從中選取代碼的直接序列碼數(shù)據(jù)庫可以比較?。唤獯a器和計算機(jī)之間所需的時間延遲可以比較?。恢挥休^少的計算要求；以及進(jìn)行校正時所用的數(shù)據(jù)存儲量比較少。
對于必須容許突發(fā)性錯誤的應(yīng)用來說，只能夠采用大的編碼塊。另一方面，對于隨機(jī)錯誤來說，只要檢驗(yàn)符號數(shù)目和塊符號數(shù)目的比值相同，則可以用不同的塊大小來達(dá)到某一給定的代碼率，從而能容許某個平均錯誤率。由于較長的碼塊能給出不同程度的較好的性能，所以通常的常規(guī)編碼設(shè)計采用長的碼塊。本文所用的“短碼塊”一詞意味著該碼塊的大小小到這樣的程度，以致只要有校正一個錯誤的能力就可以容許某個給定的平均隨機(jī)錯誤率。實(shí)現(xiàn)普通的編碼必須在復(fù)雜的處理器中進(jìn)行復(fù)雜的迭代式解碼處理，而單錯誤校正碼可以直接利用較一般的數(shù)字邏輯來解碼。這樣，采用短碼塊使得能夠以小的延時和簡單的電路來達(dá)到高數(shù)據(jù)率的錯誤校正。
作為一個優(yōu)選實(shí)施例，高比率碼是一種單錯誤校正里德-所羅門碼，其中在每個碼塊中只可以校正一個符號。所以，如后面將較詳細(xì)地說明的，可以利用一個單個符號寬度的反饋移位寄存器或者一個含有接收到編碼信號時的全部解碼操作的查找表來構(gòu)筑一個簡單的解碼器。一個15個符號長并帶有2個檢驗(yàn)符號的碼塊構(gòu)成了一個編碼率為13/15(也可寫成RS(15，13))的單錯誤校正里德-所羅門碼塊，它能夠?qū)Ω斗栧e誤率接近于1/15的情況，并能夠以最少的時間和最小的計算復(fù)雜性在接收機(jī)中被解碼。
這個基本的RS(15，13)碼只用于發(fā)信中的沃爾什正交部分(不論是相干解調(diào)還是非相干解調(diào))。對于沃爾什雙正交發(fā)信(相干或非相干解調(diào))，則除了里德-所羅門碼的校正之外還必須提供數(shù)據(jù)的二進(jìn)制元素的校正。對于正交調(diào)制所需的符號信噪比來說，波形中二進(jìn)制部分的錯誤概率要比正交信號錯誤小幾個數(shù)量級，因此它是能容許的。即使發(fā)送的數(shù)據(jù)包偶而也會因隨機(jī)二進(jìn)制比特錯誤而被丟失，但平均而言發(fā)生這種情況的頻度要比因太多的正交發(fā)信錯誤(多于使用RS(15，13)時在一個15個符號長的符號塊中的單個正交錯誤)所造成的包丟失小得多。
不過，已經(jīng)造成了一個正交發(fā)信錯誤對二進(jìn)制發(fā)信的影響是不可忽略的，這是因?yàn)槔昧苏唤庹{(diào)來選擇處理頻道，而二進(jìn)制部分的解調(diào)是基于該頻道來進(jìn)行的。例如，對于相干雙正交情形，正交波形決策中發(fā)生的一個錯誤將有50％的概率會造成相應(yīng)二進(jìn)制比特的錯誤。另一方面，對于非相干雙正交情形，發(fā)生正交發(fā)信錯誤將導(dǎo)致利用復(fù)合振幅來形成DPSK決策的兩個DPSK比特有50％的出錯概率。幸運(yùn)的是，正交發(fā)信錯誤和二進(jìn)制錯誤之間的強(qiáng)烈的相關(guān)性使得擦除式解碼具有吸引力，而且擦除式解碼比隨機(jī)錯誤校正需要較少的檢驗(yàn)比特。
作為一個具體例子，對于每個符號為5比特的沃爾什雙正交發(fā)信，優(yōu)選的編碼是含有13個5比特的信息符號的15個符號的碼塊。2個5比特的檢驗(yàn)碼可以用來校正所發(fā)生的一個任意的4比特正交解碼錯誤。當(dāng)R-S FEC找出了并校正了該4比特正交發(fā)信錯誤之后，就得知了被懷疑可能有錯的那對DPSK比特的位置。各個5比特的檢驗(yàn)符號的二進(jìn)制(第五)比特分別傳遞了被解調(diào)的二進(jìn)制比特的偶組和奇組的奇偶性。這意味著相鄰的二進(jìn)制DPSK比特是由不同奇偶性的比特來檢驗(yàn)的，這使得奇偶性檢驗(yàn)對于可能出現(xiàn)成對錯誤的DPSK是有用的。因?yàn)殡S機(jī)二進(jìn)制錯誤可以忽略，所以當(dāng)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一個正交發(fā)信錯誤時可以假定單個錯誤可能發(fā)生在任一個二進(jìn)制數(shù)據(jù)組(偶的或奇的)中并且被懷疑的二進(jìn)制比特的位置是已知的，因此，這對奇偶性比特足以校正二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
再次參見圖8，數(shù)據(jù)調(diào)制器66把其輸入數(shù)據(jù)翻譯成相應(yīng)的沃爾什函數(shù)符號波形，然后可以任選地在各符號之間加入適當(dāng)?shù)南辔蛔兓?shù)據(jù)調(diào)制器66或者通過從一組預(yù)先存儲的波形中進(jìn)行選取，或者通過在一個數(shù)字波形發(fā)生器中選擇相應(yīng)的邏輯，而把其輸入符號值翻譯成相應(yīng)的沃爾什函數(shù)符號波形。對于雙正交調(diào)制或差分雙正交調(diào)制，相位反轉(zhuǎn)的控制是這樣實(shí)現(xiàn)的通過對二進(jìn)制沃爾什函數(shù)輸出取補(bǔ)或者不取補(bǔ)來增加符號的信息容量，由此而增加數(shù)據(jù)率。然后一個異或邏輯門72把得到的波形和一個由直接序列偽噪聲發(fā)生器70所產(chǎn)生的PN-DSSS波形69結(jié)合起來。邏輯門72的輸出驅(qū)動一個RF(射頻)調(diào)制器74，從而提供發(fā)送信號76，然后該信號被RF放大器78放大，以作為數(shù)據(jù)包通過天線80發(fā)送出去。
模塊70、72和74所施加的調(diào)制的次序并不重要，因此是可以顛倒的。還有，RF調(diào)制器74可以分級來實(shí)現(xiàn)，例如，利用相應(yīng)的濾波器，首先采用中頻調(diào)制，然后采用最后的發(fā)送頻率調(diào)制。
數(shù)據(jù)調(diào)制器66除了選擇沃爾什函數(shù)之外，還可以加上任何的相移調(diào)制。當(dāng)信噪比足夠高時，可以采用相干的M值PSK，或者各符號間的非相干差分相移，例如DPSK、DQPSK或差分M值PSK，以增加數(shù)據(jù)率。適當(dāng)?shù)腻e誤校正編碼可以和這些調(diào)制方案結(jié)合使用。
參見圖9，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，接收機(jī)84中含有一個快速同步化器82?？焖偻交?2的輸出控制沃爾什函數(shù)-PN聯(lián)合相關(guān)器86和PN參考發(fā)生器83的定時。圖12、13和14給出了如圖9和10所示的沃爾什函數(shù)/偽噪聲相關(guān)器86這樣的沃爾什函數(shù)/直接序列相關(guān)器的各種實(shí)現(xiàn)方案。關(guān)于快速同步的方案在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)是周知的，本發(fā)明中可以用各種不同的形式。一個例子是匹配濾波器。另一個例子是幫助獲取相關(guān)器?？焖偻交?2必須包含一個具有一個探測閾值的探測電路。該閾值可以是固定的，或者也可以作為接收信號電平的函數(shù)來確定。
相關(guān)器86驅(qū)動一個解調(diào)器88，后者執(zhí)行最大相似性決策，或者執(zhí)行近似最大相似性的決策。相關(guān)器86具有M個輸出，輸出的數(shù)目M等于要解碼的M值信號85的階次M。M個輸出中具有最大幅度的那個特殊輸出將最可能對應(yīng)于與被發(fā)送的波形相匹配的參考波形。從而，相關(guān)器86的M個輸出驅(qū)動解調(diào)器88，后者從相關(guān)器86的所有輸出中選出有最大幅度的輸出。
除了正交調(diào)制之外所采用的任何相移數(shù)據(jù)調(diào)制通過對解調(diào)器88中所有可能的波形進(jìn)行相關(guān)來解調(diào)是理想的。或者，相移鍵控(相干的或非相干的，一個符號內(nèi)的或兩個符號之間的)可以通過使解調(diào)器88只對選出的正交值進(jìn)行操作而獨(dú)立地解調(diào)，這將造成性能上的不重要的損失。
在一個示范性的實(shí)施例中，對于與M值正交發(fā)信相結(jié)合的DPSK，首先對每個符號對中的M值正交波形進(jìn)行解調(diào)。然后在DPSK解調(diào)中利用含有對相繼的各符號有最大輸出的相關(guān)器的輸出。在另一個示范性實(shí)施例中，對于與M值正交發(fā)信相結(jié)合的相干PSK，首先對每個符號中的M值正交波形進(jìn)行解調(diào)。然后在PSK解調(diào)器中把含有對每個符號有最大輸出的相關(guān)器的輸出和相位參考進(jìn)行比較。
在解調(diào)器88中，在執(zhí)行了解調(diào)之后，如果在發(fā)送機(jī)中采用了錯誤校正編碼，則對每個解調(diào)的符號進(jìn)行解碼，以發(fā)現(xiàn)錯誤。然后把解碼的符號89連接到數(shù)據(jù)接口92中，以形成將被計算機(jī)接收的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。
需要指出，因?yàn)榧俣藬?shù)據(jù)包短到足以需要快速同步，所以沒有包含延時鎖定定時控制環(huán)。不過，如果數(shù)據(jù)包對于定時環(huán)移指標(biāo)來說太長了，或者希望用可變長度的數(shù)據(jù)包，則可以包含一個延時鎖定環(huán)或一個AFC(自動頻率控制)環(huán)。
參見圖10，那里示出了本發(fā)明的接收機(jī)的一個產(chǎn)施例，它采用了相關(guān)器同步，并任選地含有一個延時鎖定時間跟蹤控制環(huán)90。在包的開始還可以用任何一個沃爾什函數(shù)作為發(fā)送的同步信號。作為一個說明性的例子，將使用最低階數(shù)的波形Wo。這時，相關(guān)器86利用來自一個定時控制模塊87的定時信息作為其輸入，執(zhí)行對PN碼定時的串行相關(guān)搜索。輸出信號Wo由一個比較器93來探測，根據(jù)相關(guān)器86的實(shí)現(xiàn)技術(shù)的不同，該比較可以是模擬的或數(shù)字的。比較器93的輸出信號由一個同步探測器95接收。然后同步探測器95阻止對信號的繼續(xù)搜索，并激活解調(diào)處理。
在一個示范性實(shí)施例中，比較器93的第二個輸入94由閾值估計模塊98確定，后者把一個或多個其他通道96的各個輸出大小相加起來。因?yàn)檫@些通道96執(zhí)行對被發(fā)送的同步信號的正交相關(guān)，所以通道96提供了關(guān)于接收機(jī)中的噪聲大小和干擾功率的度量。如果沒有噪聲和干擾，則只有一個通道96是激活的。不過，某種程度的噪聲和干擾是不可避免的，所以每個通道96都有某種程度的激活。把許多這樣的通道96結(jié)合起來可以對接收信號中的噪聲和干擾進(jìn)行非相干的平均，由此給出一個能自動適應(yīng)于保持一個接近于常量的錯誤告警率的探測閾值，其中的錯誤告警是指把噪聲和干擾錯誤地解釋為真實(shí)的相關(guān)信號。利用各正交通道中的同時相關(guān)來建立探測閾值要優(yōu)于利用在一個跨越多個輸出樣本的周期上對單個相關(guān)器的電平取平均的方法，這是因?yàn)楹笳呔哂羞^渡響應(yīng)的問題。
圖10的解調(diào)器88與圖9的解調(diào)器相同。注意，在圖10中明顯地示出了任選的用來保持長數(shù)據(jù)包的同步性的時間跟蹤功能塊90，而在圖9中該時間跟蹤功能塊是隱含的。實(shí)現(xiàn)該時間跟蹤模塊90的方法是眾知的，其中包括早期/晚期相關(guān)和時間抖動調(diào)制，如果定時環(huán)移的跟蹤是時鐘偏移或者多普勒效應(yīng)，則還包括有AFC。
能夠用于本發(fā)明的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)的一個例子如圖11所示。該數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)100包括一個引頭部分101、一個數(shù)據(jù)部分102、以及一個尾部103。引頭部分101含有一個先頭部分104、一個源地址106、一個目標(biāo)地址108、和一個包長度110。先頭部分包括有同步信號，也可以任選地包括一些接收機(jī)可以用來證實(shí)所發(fā)生的一個探測事件的信號。先頭部分104的長度取決于所用同步器的類型。先頭部分104的后面還可以跟隨有其他控制信息，例如錯誤校正類型或控制信息自身的錯誤檢驗(yàn)。數(shù)據(jù)包的包體內(nèi)是數(shù)據(jù)102。尾部103包括一個用于最后錯誤探測的循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼112。尾部也可以包括關(guān)于前面的包是否被成功地接收到的信息收到信息114，這個信息叫做“尾備(piggybacked)”信息收到信息。
圖12、13和14示出沃爾什函數(shù)和PN相關(guān)器聯(lián)合模塊86和圖9、10中的數(shù)據(jù)解調(diào)模塊88的詳細(xì)框圖。僅僅為了起到說明的作用，這些例子中將采用給出每個符號3比特的8值沃爾什調(diào)制。不過，應(yīng)該認(rèn)識到，同樣的電路也可以用于每個符號有任意個比特的正交發(fā)信，其中也包括二進(jìn)制正交發(fā)信。
如圖12所示，可以利用至少一個混頻器115和至少一個帶通濾波器116來在中頻上或發(fā)送頻率上直接除去偽噪聲(PN)。如果沃爾什函數(shù)編碼沒有占用全部的擴(kuò)散譜帶寬(即如果每個沃爾什時鐘)周期有多于1個的PN契普)，則帶通濾波器116可以過濾得只剩下沃爾什函數(shù)帶寬，造成部分相關(guān)。這時，可以用一個表面聲波(SAW)濾波器來實(shí)現(xiàn)的這個帶通濾波器116將給出一個方形的脈沖響應(yīng)，該響應(yīng)把輸入波形過濾成落在沃爾什函數(shù)調(diào)制的帶寬之內(nèi)。然后該濾波的信號117被分成I和Q兩個通道，并分別被其中的混頻器118、低通濾波器120和A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換器122采樣，由此形式了信號117的一個復(fù)數(shù)表示，其中I通道代表信號117實(shí)部分量，Q通道代表信號117的虛部分量。A/D轉(zhuǎn)換器122的輸出被沃爾什函數(shù)解調(diào)器124接收，后者對該信號和一個參考沃爾什函數(shù)進(jìn)行相關(guān)。相關(guān)器124的輸出在聯(lián)合電路126中進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)，后者對8值調(diào)制的8組復(fù)(I和Q)通道中的每一組都給出一個包絡(luò)輸出。這8個包絡(luò)輸出在8路比較器130中進(jìn)行比較，給出表明哪一個復(fù)相關(guān)器124給出了最大幅度包絡(luò)輸出的一個最大幅度指標(biāo)。該最大幅度指標(biāo)指明了最可能的發(fā)送數(shù)據(jù)符號，該符號是由相關(guān)器124中所執(zhí)行的線性相關(guān)處理所決定的。數(shù)據(jù)解碼器132接收該最大幅度指標(biāo)和8個包絡(luò)輸出，并執(zhí)行直接解碼處理以得到所選出的沃爾什函數(shù)相關(guān)器包絡(luò)輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，或者執(zhí)行任選的里德-所羅門錯誤解碼，或者在也使用了雙正交發(fā)信的情形下執(zhí)行里德-所羅門和二進(jìn)制碼的混合錯誤解碼。
圖13示出一個示范性實(shí)施例，其中的PN去除是在A/D轉(zhuǎn)換之后并緊接著沃爾什函數(shù)相關(guān)之前進(jìn)行的。也有可能利用在A/D轉(zhuǎn)換之前的模擬乘法(未示出)來執(zhí)行在基帶上的PN去除。解調(diào)器可以與圖12中所使用的解調(diào)器130、132相同，或者可以在各符號之間任選地加上DPSK。因?yàn)槭褂昧薉PSK，所以這種發(fā)信形式叫做非相干雙正交發(fā)信。
為了執(zhí)行DPSK解調(diào)，確定最大相關(guān)器輸出的8路幅度比較模塊150的輸出152在選擇器146中被用來從8個復(fù)振幅145中選出具有最大信號的復(fù)振幅147，該復(fù)振幅147將用于DPSK解調(diào)。
DPSK決策是利用所選出的兩個相繼符號的輸出在復(fù)乘法器158中完成的，在這過程中利用了一個符號延時器154，對最大振幅相關(guān)器輸出進(jìn)行了內(nèi)積運(yùn)算，并決定了結(jié)果的正負(fù)號。同時，每個符號的最大指標(biāo)被作為沃爾什函數(shù)發(fā)信的正確值保存在符號延時模塊156中。數(shù)據(jù)解碼器160接收來自符號延時模塊156的沃爾什解調(diào)結(jié)果和來自復(fù)乘法器158的DPSK解碼結(jié)果。這兩個結(jié)果在數(shù)據(jù)解碼器中通過把單比特的DPSK答案和3比特的沃爾什相關(guān)器答案連接在一起而被結(jié)合，得到每個符號的4比特的(16值符號表)輸出?；蛘?，數(shù)據(jù)解碼器160也可以任選地加上一個錯誤校正算法。然后數(shù)據(jù)解碼器160把各個得到的符號轉(zhuǎn)換成一個等價的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列，以供計算機(jī)(未示出)處理。數(shù)據(jù)解碼器160的功能是圖8中模塊62，64和66所執(zhí)行的操作的逆操作。注意，根據(jù)哪一個特定符號對準(zhǔn)于發(fā)送的DPSK調(diào)制的不同，符號延時器156是任選的。當(dāng)存在有符號延時器156時，DPSK結(jié)果在數(shù)據(jù)解碼器160中對準(zhǔn)于在DPSK符號對中的前一符號時期所發(fā)送的那個沃爾什函數(shù)符號。
圖14示出一個用于相干相位參考信號164的單通道解碼器。IF(中頻)信號166被帶通濾波器168濾波。濾波后的IF信號與由一個載波恢復(fù)環(huán)(未示出)所提供的相干相位參考信號164相乘。得到的信號被低通濾波器170進(jìn)行低通濾波，然后被A/D轉(zhuǎn)換器172轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。得到的數(shù)字信號被一個PN相關(guān)器176利用PN參考碼174進(jìn)行解擴(kuò)散，然后該得到的解擴(kuò)散信號在一個沃爾什相關(guān)器178中被進(jìn)行沃爾什函數(shù)解調(diào)。前述的任何PN去除技術(shù)和沃爾什函數(shù)解調(diào)技術(shù)在這里都能應(yīng)用，而且能以任何次序來應(yīng)用。如果PN擴(kuò)散碼的調(diào)制率比沃爾什調(diào)制率高，則解擴(kuò)散的PN可能在PN相關(guān)器176中降低到沃爾什帶寬。由于使用了相位參考信號164，所以在該相關(guān)器中只需要一個通道(通道I)。一個正負(fù)號剝除模塊180剝除掉由沃爾什相關(guān)器178所提供的數(shù)字信號中的正負(fù)號比特位，然后一個8路比較模塊182判斷相關(guān)器178的哪一個相關(guān)輸出最大。因?yàn)橄辔粎⒖夹盘?64保持了相干性，所以可以任選地使用PSK調(diào)制來提供相干雙正交發(fā)信。解調(diào)要求從正負(fù)號寄存器184中選出最大值的正負(fù)比特位。數(shù)據(jù)解碼器186任選地執(zhí)行錯誤探測和校正，并把由8路比較模塊182所提供的信號的符號組分解成二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，以供計算機(jī)(未示出)處理。沃爾什函數(shù)發(fā)信圖15A-15H示出了前8個沃爾什函數(shù)。最低階次的沃爾什函數(shù)示于圖15A，其他的沃爾什函數(shù)以逐漸增加階次的順序分別示于圖15B-15H。最低階次的沃爾什函數(shù)寫作Wo。因?yàn)樵谕ㄐ怒h(huán)境下沃爾什函數(shù)是時間的函數(shù)，所以沃爾什函數(shù)也可以表示成W(n，t)或WAL(n，t)，其中n是具體沃爾什函數(shù)的階次，t是時間。
沃爾什函數(shù)是數(shù)字化波形，它們中的每一個都是與任一個不同階次的沃爾什波形互相正交的。當(dāng)它們相乘時，也就是任何兩個不同階次的沃爾什函數(shù)的相乘的積分，等于零。各個沃爾什函數(shù)的階次等于該函數(shù)所呈現(xiàn)的二值跳變的數(shù)目。例如，WAL(o，t)沒有一個二值跳變，而WAL(2，t)有兩個二值跳變。等價地說，沃爾什函數(shù)可以看成是在波形持續(xù)時期內(nèi)具有一個或多個二進(jìn)制狀態(tài)，其中一個二進(jìn)制狀態(tài)的持續(xù)時間可以不長于某一個叫做沃爾什契普的最小特續(xù)時間。
對于一個信息的每個符號，可以用一個異或邏輯門把一個這種二值波形和一個直接序列擴(kuò)散譜碼進(jìn)行邏輯結(jié)合，以生成另一個能夠用來對已經(jīng)被該信息所調(diào)制的載波進(jìn)行相位調(diào)制的數(shù)字式波形。
圖16示出了4條概率曲線。標(biāo)有DPSK的曲線示出利用DPSK擴(kuò)散譜發(fā)信時實(shí)現(xiàn)對一個1024比特的數(shù)據(jù)包的正確解調(diào)的概率與以分貝(db)為單位的歸一化信號/干擾(S/I)比的函數(shù)關(guān)系。標(biāo)有數(shù)據(jù)率8b/s(比特/符號)、4b/s和2b/s的其他三條曲線分別示出利用每個符號8、4和2比特的M值正交發(fā)信時實(shí)現(xiàn)對一個1024比特的數(shù)據(jù)包的正解調(diào)的概率。必須強(qiáng)調(diào)，M值正交發(fā)信是編碼的一種形式，如果對該編碼結(jié)合以DPSK調(diào)制，則所需的信號干擾比將向較小方向移動。
圖17以擴(kuò)大的標(biāo)度示出同樣的曲線。注意使用4值正交(2比特/符號)發(fā)信基本上與DPSK發(fā)信等效，而較高的發(fā)信符號表(4b/s或8b/s)將明顯地改進(jìn)性能。上述曲線意味著，對于未編碼的連接，在給定的帶寬下，把M值(M＞2)正交發(fā)信與PN-DSSS擴(kuò)散譜結(jié)合時在接收機(jī)中能容受的S/I比要比把PN-DSSS擴(kuò)散譜與二值(M＝2)發(fā)信或DPSK發(fā)信相結(jié)合時所能容受的S/I比大。反之，例如利用4b/s和帶寬為80MHz的PN-DSSS的發(fā)信時，在接收機(jī)中所能容受的干擾將和利用DPSK和帶寬為130MHz的直接序列的發(fā)信所能容受的干擾一樣大！PN-DSSS碼的輪轉(zhuǎn)叫做循環(huán)碼移鍵控(CCSK)，它可給出一個正交組，這個正交組具有使用沃爾什函數(shù)時的某些優(yōu)點(diǎn)，例如它具有這樣的性質(zhì)正交發(fā)信所需的帶寬可以在不把信號帶寬擴(kuò)展到超過PN-DSSS碼帶寬的前提下等于直接序列的帶寬。使用CCSK將給出一個脈沖位置調(diào)制(PPM)的相關(guān)器輸出波形。不過，在多路徑環(huán)境下，CCSK的這種PPM性質(zhì)可能會產(chǎn)生問題，這是因?yàn)樾盘柕囊粋€重要特征，也即用于解調(diào)的延時判斷，有可能被誤解成是多路徑效應(yīng)。所以，在多路徑環(huán)境下，使用CCSK不比使用沃爾什函數(shù)好。
如果由于正交發(fā)信而引起的帶寬擴(kuò)展遠(yuǎn)小于直接序列擴(kuò)散，那末可以使用任何的正交組；這時，方便的選擇是一個音調(diào)組(即M值頻移鍵控)，這種組是在剝除掉了擴(kuò)散碼之后利用快速傅里葉變換(FFT)來解調(diào)的。然而，如果由于正交發(fā)信而引起的帶寬擴(kuò)展接近于由DSSS調(diào)制所引起的擴(kuò)展，則因?yàn)橹苯有蛄姓{(diào)制和正交調(diào)制是極不相似的調(diào)制，它們不能以任何方法同步地疊加，所以實(shí)際的發(fā)送帶寬將取決于直接序列調(diào)制和正交調(diào)制兩者。
雖然CCSK和沃爾什函數(shù)兩者都具有正交發(fā)信所需的帶寬能夠等于直接序列帶寬，并且不使信號帶寬進(jìn)一步擴(kuò)展得超越PN-DSSS帶寬的特性，但CCSK不能在多路徑環(huán)境中有效地使用。于是，對限制帶寬和增強(qiáng)多路徑環(huán)境下的性能這兩個目的來說，沃爾什函數(shù)優(yōu)于CCSK。沃爾什函數(shù)相關(guān)處理器在本討論中假設(shè)接收到的信號是用PN-DSSS和沃爾什函數(shù)兩者調(diào)制過的。還假定在接收機(jī)中，用來解調(diào)接收信號的參考PN-DSSS碼是正確地對準(zhǔn)于接收信號的，其中的同步例如是利用匹配濾波器或者時間滑移串行相關(guān)器來實(shí)現(xiàn)的。再有，假定接收信號已與當(dāng)?shù)貐⒖夹盘栂喑嗽谝黄?，給出了一個解擴(kuò)散的信號，然后該解擴(kuò)散信號又經(jīng)過了低通濾波，以容易處理高階次沃爾什函數(shù)。(例如，最高階次的沃爾什函數(shù)可以具有一個僅含有小于DSSS契普率的頻率的帶寬)這個解擴(kuò)散操作的效果是去除了PN-DSSS碼，只留下沃爾什函數(shù)調(diào)制。
下面的討論考慮同相位的基帶處理。在實(shí)際的實(shí)施中，因?yàn)檩d波相位通常是未知的，所以把信號轉(zhuǎn)換成同相位和正交相位兩個通道，并在每一通道中部執(zhí)行下述的同相位位然后在數(shù)據(jù)決策之前對相應(yīng)的振幅進(jìn)行包絡(luò)結(jié)合。
在沃爾什函數(shù)相關(guān)處理器(例如模塊86、124、144、178)中得到所需的相關(guān)的一個方法是實(shí)現(xiàn)完全并行的快速沃爾什變換。只有當(dāng)沃爾什函數(shù)的階次變大時這個方法才是可取的。執(zhí)行快速沃爾什變換的一個較好的方法是充分利用沃爾什函數(shù)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，即利用多個圖22所示的基本單元來計算沃爾什函數(shù)的各個系數(shù)，這些基本單元按圖23所示的方式互連成了具有前后各級的樹狀結(jié)構(gòu)。每個后一級的時鐘率比前一級減少一半，而每個后一級的單元數(shù)比前一級多一倍，這樣保持了每一級的計算率相同。每一級的功耗主要取決于計算率，所以每一級的功耗也接近相同。而且，計算單的數(shù)目要遠(yuǎn)少于完全并行快速沃爾什變換中所需的數(shù)目。
并行快速沃爾什變換對每個M值的輸出需要M(logm)個計算單元。反之，圖23所示的樹狀結(jié)構(gòu)對每個M值的輸出只用2(M-1)個計算單元。因此，對于較大的M值，因?yàn)樵跇錉罱Y(jié)構(gòu)中對每個M值的輸出的計算單元數(shù)目明顯地少，所以對于計算沃爾什變換來說圖23的樹狀結(jié)構(gòu)要優(yōu)于并行結(jié)構(gòu)(未示出)。對于每一個符號，這兩個結(jié)構(gòu)所執(zhí)行的計算次數(shù)是相同的。樹狀結(jié)構(gòu)提供了用硬件數(shù)量換取硬件操作速率的可能性，這一點(diǎn)在用集成電路實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)時是有利的。
參見圖22，基本單元250在輸入端252接收速率為fin的串行輸入樣本，并在輸出端254和256以速率fin/2并行地產(chǎn)生兩組輸出樣本。這樣，輸入樣本中的一個串行對變成了一個輸出樣本并行對。輸出對中的一個輸出樣本是當(dāng)前串行輸入樣本對的和，輸出對中的另一個輸出樣本是這兩個輸入樣本的差。
圖23示出了用于解碼前8個沃爾什函數(shù)Wo-W8的由基本單元250所構(gòu)成的樹狀結(jié)構(gòu)252。注意，通過進(jìn)行算術(shù)和及算術(shù)差的運(yùn)算，通過該樹狀結(jié)構(gòu)的條一條路徑都進(jìn)行了輸入序列與一個特定組合的(二值)方波函數(shù)的相乘以及對結(jié)果的相加。事實(shí)上，每一條路徑的特定方波函數(shù)都是一些拉馬赫(Rademacher)函數(shù)乘積，已知這種乘積可以產(chǎn)生沃爾什函數(shù)。
還應(yīng)注意，由于每一后繼級都含有兩倍于前一級的單元數(shù)，但其時鐘率只有前一級的一半，所以該樹狀結(jié)構(gòu)自然地保持了功率不變。再有，因?yàn)檩^高的扇出信號的分布工作于成比例的較低的速率，所以集成電路的設(shè)計布局就簡化了。因此，正像集成電路中所希望的那樣，較慢的電路由較長的信號路徑來連接。
沃爾什函數(shù)相關(guān)處理器也可以用現(xiàn)場可編程門陣列來實(shí)現(xiàn)，而其實(shí)現(xiàn)技術(shù)的細(xì)節(jié)是沒有關(guān)系的。利用樹狀結(jié)構(gòu)可使現(xiàn)場可編程門陣列的實(shí)現(xiàn)變得容易，這是因?yàn)檫@種實(shí)現(xiàn)的較高扇出的路徑較長，從而可以工作得更慢?；蛘撸撎幚砥饕部梢杂脭?shù)字信號處理微處理器完全以軟件來實(shí)現(xiàn)。對于大帶寬情形，該處理器可以用電荷轉(zhuǎn)移器件(CTD)來有效地實(shí)現(xiàn)。電荷轉(zhuǎn)移器件實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移器件(CTD)包括電荷耦合器件(CCD)，聲電荷轉(zhuǎn)移(ACT)器件、和戽斗式器件(BBD)。這些技術(shù)都把信號表示成為電荷，并通過處理電荷來處理信號。CTD技術(shù)既可以執(zhí)行同步化處理，也可以執(zhí)行解調(diào)處理。CTD可以用時間離散的模擬樣本作為其輸入，執(zhí)行所有的信號處理，并在其輸出端給出結(jié)果的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)決策。因?yàn)镃TD的輸入端是一個電容性的存儲井，所以當(dāng)用時鐘控制CTD的輸入時，模擬信號就自然地被采樣了。這個操作類似于采樣保持電路中的采樣電容器。
另一方面，數(shù)字方法要求昂貴的高速D/A(數(shù)/模)轉(zhuǎn)換器。反之，CTD的輸入線性度在一定的采樣率下能支持比本應(yīng)用所需的處理增益大得多的增益，該采樣率對CCD來說是50Msps(兆樣本/秒)，對ACT器件是360Msps。這些采樣率已考慮到了相對于信號帶寬的系數(shù)為2的過采樣率，以防止過度的跨越損失。通過使兩個器件并行地工作和時鐘晃動，有可能做到更高的采樣率。信號可以以模擬精度而不是以二進(jìn)制數(shù)字參考信號的精度進(jìn)行處理。
如圖18的示范性實(shí)施例所原理性的示出的，沃爾什解調(diào)器可以利用CTD190來構(gòu)筑。給CCD190的電輸入被連接到信號電荷注入導(dǎo)線191上，后者是固定在基底表面的輸入電極192上的。時鐘電報195上的時鐘信號把所采樣的電荷包沿著一行電荷存儲井193依次地轉(zhuǎn)移。在每個時鐘周期時期，每個電荷存儲井接受原先存儲在其左側(cè)的電荷存儲井中的電荷包，在每個時鐘周期之后，信號傳感電報194讀出存儲在各個井內(nèi)的電荷量。
或者，在ACT器件中，對信號樣本的處理是相似的，只是CCD的時鐘電報被一個表面聲行波的電位所取代。在BBD中，信號電荷的時鐘控制是通過受時鐘控制而導(dǎo)通的晶體管來實(shí)現(xiàn)的，不過信號處理是類似的。
沃爾什解調(diào)器需要樣本延時以提供波形樣本的存儲，正像位在基底中時鐘電極195下方和傳感電報194下方的電荷存儲井193中所提供的那樣。沃爾什聯(lián)合電路198對電信號傳感電極194所提供的信號進(jìn)行沃爾什相關(guān)，由此給出多個包絡(luò)輸出。然后一個幅度電路和M路比較電路200提供一個最大幅度指數(shù)信號201，指明沃爾什聯(lián)合電路198中的哪一個相關(guān)器產(chǎn)生了具有最大幅度的包絡(luò)輸出。最大幅度指數(shù)信號201被提供給一個探測/數(shù)據(jù)解碼電路202，后者對該信號進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼。
如果PN-DSSS碼的帶寬大于CTD所能支持的帶寬，則可以在接收信號被CTD處理之前，并當(dāng)在同步階段中建立了DS契普的定時之后，通過在一個預(yù)相關(guān)器中去除掉PN-DSSS調(diào)制而減小接收信號的帶寬。然后CTD就可以進(jìn)行沃爾什相關(guān)、數(shù)據(jù)解調(diào)和數(shù)據(jù)解碼了。
通過對解調(diào)CTD通道的重新布局，或者通過利用一個并行工作的分開的CTD通道，同步化的建立也可以在CTD中進(jìn)行。如果對同步化和解調(diào)寧可用相同的契普率，而且如果選用的契普率大于25MHz(對于50Msps的器件而言)，則可以結(jié)合一個多路轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)，用一些并行的CCD來實(shí)現(xiàn)匹配濾波器。
或者，由于ACT器件所固有的較高的采樣率，ACT技術(shù)也可以使用。另外一種選擇是，由于對同步化來說不存在波特率的要求，所以可以用較長的符號和較低的PN-DSSS碼率，由此來保持處理增益。
匹配濾波器中的代碼契普數(shù)目可以進(jìn)一步增加，以給出一個容錯性強(qiáng)的同步先頭部分。然后在一個串行的操作中可以達(dá)到精確的定時。例如，以這種方法，可以用25MHz的擴(kuò)展譜碼率來同步，同時用25MHz的沃爾什契普率來編碼被可以在預(yù)相關(guān)器中去除的75MHz擴(kuò)散譜碼所調(diào)制的數(shù)據(jù)。
CTD的一個重要優(yōu)點(diǎn)是全部有關(guān)的支持電路和存儲井都可以集成在同一個器件中。因?yàn)楝F(xiàn)代的CCD采用了類似于DRAM(動態(tài)隨機(jī)存取存儲器)的存儲技術(shù)，所以CCD技術(shù)直接得益于DRAM技術(shù)在集成度和速度上的進(jìn)步。
幅度和8路比較電路200和探測/數(shù)據(jù)解碼電路202(以及任選的定時和頻率控制環(huán))例如可以直接集成在器件的輸出端，從而大為簡化了輸出處理。數(shù)字實(shí)現(xiàn)芯片結(jié)構(gòu)是根據(jù)圖22和23的基本單元和樹狀結(jié)構(gòu)來安排的。因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)有密集的寄存器和樹狀的形狀，它可以以一個集成電路(IC)的形式或一個現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的形式來有效地實(shí)現(xiàn)。樹狀結(jié)構(gòu)的一個好處是，雖然每一級含有兩倍于前一級的電路數(shù)量，但后一級的操作速度只需是前一級的一半。因此芯片上的功率分布是均勻的，而且對速度要求最高的電路的布線要求減少了。結(jié)果，對較高速度的輸入級可以采用優(yōu)化布線。還有，對于最后一級的布局也不會受到限制，這一級工作得比較慢，但由于具有最高的相加器扇出而需要許多引線通道。
非高斯通信頻道上的通信比高斯通信頻道上的通信要求數(shù)字信號處理器能接收更寬的輸入字。在高斯頻道中，可以采用良好的信號歸一化來減少每個輸入字的比特數(shù)，甚至減少到1個比特，從而明顯地節(jié)省了硬件。
參見圖19，為了適應(yīng)于非高斯干擾，還為了減小信號歸一化電路(例如自動增益控制)所需要的精度，圖19的實(shí)施例使用了每字6比特(5比特加上一個正負(fù)號比特)的輸入樣本206。一系列的時鐘信號除法器205提供逐漸減慢的時鐘信號。輸入樣本206按時鐘控制進(jìn)入到輸入寄存器207。第一級的加/減模塊208的細(xì)節(jié)如圖19A所示，它對6比特的二進(jìn)制補(bǔ)碼輸入209進(jìn)行操作，加上正負(fù)號擴(kuò)展后產(chǎn)生一個7比特的輸出211。
為了能支持10Mbps的8值發(fā)信，該加/減模塊208必須以鐘頻26.67MHz工作。這是因?yàn)闉榱藢?比特/符號能達(dá)到10Mbps，對于8沃爾什契普/符號(8值調(diào)制)需要3.333Msps(每秒兆符號)的符號率。
參見圖9A，時鐘信號A的速度是時鐘信號B的兩倍，后者已被時鐘信號除法器205除以2。結(jié)果，加法器210A和減法器210B并行地工作，以一半輸入樣本出現(xiàn)在該加/減模塊208輸入端處的速率提供一對輸出。時鐘當(dāng)一對輸入樣本被裝載到第一個加/減模塊208的輸入寄存器208A中之后，分別由模塊210A和210B所執(zhí)行的加法和減法操作的結(jié)果被鎖存，直到下一個輸入樣本到達(dá)之前。這樣，盡管加/減模塊208對一對樣本同時進(jìn)行操作，但必須在一個采樣周期內(nèi)得到結(jié)果。類似地，第二級的加/減模塊212對第一級加/減模塊208的一對輸出樣本211進(jìn)行操作。而且在下一個輸入樣本到達(dá)之前必須把結(jié)果輸出給下一級。
第三級的加/減模塊214被作了修改，使其輸出寄存器216安排在8路比較器218的后面，從而避免了一個額外的幀延遲，同時也省去了M-1個寄存器(在本例中M＝8)。第三級加/減模塊214和8路比較電路218都以1/4的輸入速率工作。如果在每一級的輸入端都采用了雙緩存，則由于要在等待處理的同時存儲一組額外的樣本，所以計算速率將可減半。
典型地，在時鐘信號到達(dá)每一級的輸入鎖存器和輸出鎖存器之間存在有時鐘歪斜(延遲)。如果輸入時鐘最晚到達(dá)的時間和輸出時鐘最早到達(dá)的時間的差值是正的，則必須在邏輯路徑的最大延時上加上這個差值，然后來決定時鐘頻率。如果注意到了最小保持時間能滿足最短可能的邏輯延時路徑的情況，則可以通過在輸出時鐘上加上額外的延時來提高速率。
8路比較電路218呈現(xiàn)一個反向的二進(jìn)制樹狀結(jié)構(gòu)，它的每一個在后一級的單元數(shù)目是其前一級的數(shù)目的一半。因?yàn)橹皇境隽藛蝹€接收機(jī)通道，所以假定了是如圖14所示的相干載波參考情形。這樣，包絡(luò)探測只是一個正負(fù)號剝除的功能。首先，在正負(fù)號剝除模塊220中確定來自加/減模塊214的每個9比特的包絡(luò)信號的幅度。然后，在每一級中執(zhí)行成對的幅度比較，結(jié)果從得勝的相關(guān)器中得到一個最大字節(jié)的幅度。每個比較的最大字節(jié)的值被傳送給下一級，同時相應(yīng)相關(guān)器的指數(shù)被7變3解碼器222解碼成正交數(shù)據(jù)解碼結(jié)果。I和Q全處理的結(jié)構(gòu)在圖20中，把圖19所示的通道結(jié)構(gòu)對Q通道復(fù)制了一次，然后I和Q的電路被結(jié)合在一起，再加上8路比較電路，給出了I和Q的全處理。圖20示出了正交通道的結(jié)合是如何實(shí)現(xiàn)的在結(jié)合I和Q的模塊232中，利用了這樣的眾知的方法，即把I通道和Q通道的每一個輸出對230和231中的具有較大值的I的或Q的那個輸出加到具有較小值的那個輸出的一半之上。因此，如正負(fù)號剝除模塊220所執(zhí)行的正負(fù)號剝除處理仍需要對每個通道進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，圖20的電路可以分割成多個相同的或接近相同的集成電路，每個集成電路都具有適合于與其他類似集成電路相結(jié)合的可串連結(jié)構(gòu)，以形成關(guān)于任意M值的M值沃爾什解調(diào)器。
實(shí)現(xiàn)這種分割的最直接的方法是在每個芯片上設(shè)置一個沃爾什相關(guān)器，以使有可能把圖20的電路分割成多個FPGA芯片，或者分割成多個專用的或半專用的集成電路。此外，I和Q結(jié)合電路被設(shè)置在一個也含有8路比較電路的第三芯片上。這種分割方法要求每個沃爾什相關(guān)器芯片有64條輸出線(8個通道，每通道8比特)，并且結(jié)合器芯片有128條輸入線。這樣的I/O(輸入/輸出接口)量太大了，造成了高成本和減小了可靠性。
參見圖21A和21B，本發(fā)明所教導(dǎo)的分割方法是，把該電路分割成一個如圖21A所示的上段240和一個如圖21B所示的下段242，并把每一段的I通道244和Q通道246保持在同一個芯片上。一直到比較樹結(jié)構(gòu)248的最后的比較之后，上段的240和下段242才連接起來。上段電路240可以設(shè)置在一個芯片上，下段電路242可以設(shè)置在另一個芯片上。連接這兩個芯片只需要24條數(shù)據(jù)線。
在圖21A和21B所示的8值電路中，在第一級之后，I和Q通道各有7條線要和另一個芯片相連接，而一個芯片上含有4個復(fù)相關(guān)器(244，246)。每個芯片上的4個I相關(guān)器244和4個Q相關(guān)器246與圖20中的相關(guān)器相同，但只涉及到圖20所示樹狀結(jié)構(gòu)的一半。當(dāng)每一個芯片上的4個I和Q結(jié)果相結(jié)合之后，它們在一個4路比較模塊248中被減少到一個最大值。這個最大值(一個8比特的振幅)沿著2條解碼線被輸出給另一個芯片，在那里它將與來自比較樹結(jié)構(gòu)的另一半的結(jié)果進(jìn)行比較，由此這兩個值中的較大者被解碼出來。最后的結(jié)果是一個代表解調(diào)的符號的3比特字。
還可以通過把240和242中的每一段類似地分成兩個更小的芯片而進(jìn)一步對電路分解。類似地，對于更高階次的字母表，也即對于更大的M值，這些芯片可以串接起來。也有可能通過使一個芯片起到能向樹狀結(jié)構(gòu)的各個段饋送數(shù)據(jù)的前端源的作用，而形成一個較為對稱的分割。為了改進(jìn)高階次字母表所必須的操作速度，可以以各芯片間的信號線數(shù)目為代價來換得有優(yōu)化速度的前端的速度。該對稱的前端源可以這樣獲得就是使第一級加/減模塊的輸出分開，讓和輸出提供給上段，差輸出提供給下段。一條輸入線就可以確定這一級是加法器還是減法器。
這個方法使得可以采用多個FPGA技術(shù)芯片，或者采用多個專用的或半專用的集成電路，而同時能保持每一芯片的適當(dāng)?shù)某叽绾突ミB復(fù)雜程度，以提高產(chǎn)額和可靠性。這個方法使用戶可以通過把同樣電路的單芯片沿垂直方向和水平方向向串接起來，而生成任意大的符號表。
在不偏離如權(quán)利要求中所規(guī)定的本發(fā)明的精神和范疇的情況下，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們將可作出其他的修改和實(shí)施。從而，除了下述權(quán)利要求明確指出的之外，上述說明并沒有限制本發(fā)明的意圖。
權(quán)利要求
1.一種用來至少在兩個數(shù)據(jù)裝置之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的設(shè)備，該設(shè)備包括用來從數(shù)據(jù)裝置獲取數(shù)據(jù)的裝置；用來把該數(shù)據(jù)表示成一個數(shù)字波形符號的序列的裝置，這種數(shù)字波形符號是從一個含有多于二個的獨(dú)特數(shù)字波形符號的組中選出的，每個數(shù)字波形符號均由一個符號持續(xù)時間所表征；用來產(chǎn)生直接序列擴(kuò)散譜編碼信號的裝置；乘法裝置，用來使直接序列擴(kuò)散譜編碼信號與數(shù)字波形符號序列相結(jié)合，以提供一個發(fā)送信號；調(diào)制裝置，用來按該發(fā)送信號來調(diào)制一個載波信號，以提供一個調(diào)制信號；以及用來發(fā)送該調(diào)制信號的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中的直接序列擴(kuò)散譜編碼信號是一個偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜編碼信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中每個獨(dú)特的數(shù)字波形符號與組內(nèi)的其他獨(dú)特的數(shù)字波形符號是相互正交的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的設(shè)備，它還包括這樣的裝置，它用來對每一對依次相鄰的符號波形施加差分多相位相移鍵控，以產(chǎn)生一個被差分M值PSK和M值正交函數(shù)調(diào)制進(jìn)行聯(lián)合調(diào)制的波形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，其中用來施加差分多相位相移鍵控的裝置包括用來施加差分雙相移鍵控的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，它還包括用來對每個符號波形施加里德-所羅門錯誤校正編碼的裝置，和用來對差分多相位相移鍵控施加二進(jìn)制錯誤校正編碼的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其中上述用來表示數(shù)據(jù)的裝置在至少一個編碼塊中來表示上述數(shù)據(jù)，并且上述里德一所羅門編碼裝置包括用來在一編碼塊和二進(jìn)制編碼中只校正一個錯誤的裝置，其中的二進(jìn)制編碼包含有分別施加給差分雙相移鍵控數(shù)據(jù)的偶組和奇組上的分開的奇偶性的比特。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的設(shè)備，它還包括用來對每個符號波形施加多相位相移鍵控調(diào)制的裝置，以產(chǎn)生受到M值PSK和M值正交函數(shù)調(diào)制的聯(lián)合調(diào)制的波形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中用來施加多相位相移鍵控的裝置包括用來施加對踵雙相位相移鍵控的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，它還包括用來對每個符號波形施加里德一所羅門錯誤校正編碼的裝置，和用來對多相位相移鍵控施加二進(jìn)制錯誤校正編碼的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中的數(shù)字波形符號組包括沃爾什函數(shù)波形。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其中沃爾什函數(shù)波形的契普率基本上等于直接序列擴(kuò)散譜編碼信號的契普率。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，它還包括對每個沃爾什函數(shù)波形施加里德一所羅門錯誤校正編碼的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其中上述用來表示數(shù)據(jù)的裝置在至少一個編碼塊中來表示上述數(shù)據(jù)，并且上述里德一所羅門編碼裝置包括在一個編碼塊中只校正一個錯誤的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，它還包括使用足夠短的編碼塊的裝置，該碼塊短到單一錯誤校正能夠校正數(shù)據(jù)包中足夠數(shù)目的錯誤，以使包失敗率滿足系統(tǒng)規(guī)范的要求。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中的乘法裝置包括用來使數(shù)字波形符號序列和偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜編碼信號同步地相乘的裝置，以保證發(fā)送信號的特征是其帶寬不大于偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜編碼信號的帶寬。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中的偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜編碼信號是周期性的，并且編碼信號的代碼周期大于每個數(shù)字波形符號的符號持續(xù)時間。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中用來把數(shù)據(jù)表示成為一個數(shù)字波形符號序列的裝置包括用來把數(shù)據(jù)分成一系列每組有M比特的組的裝置，每個組代表一個從2M個可能的數(shù)據(jù)符號中選出的一個符號；以及數(shù)據(jù)調(diào)制裝置，用來把每個數(shù)據(jù)符號表示成一個數(shù)字波形符號，以形成數(shù)字波形符號的序列。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中用來把數(shù)據(jù)表示成為一個數(shù)字波形符號序列的裝置還包括錯誤校正編碼裝置，用來響應(yīng)于上述的分組裝置，提供錯誤校正編碼的數(shù)據(jù)符號。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，它還包括一個時域脈沖整形濾波器，用來響應(yīng)于乘法裝置，提供在頻率域中基本具有方形頻率特性的發(fā)送信號。
21.用來接收以調(diào)制信號的形式在至少兩個數(shù)據(jù)裝置之間進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)的設(shè)備，該調(diào)制信號是屬于用直接序列擴(kuò)散譜編碼進(jìn)行編碼的類型的，它含有從一組可能的數(shù)字波形符號中選出的一些數(shù)字波形符號，該設(shè)備包括用來接收調(diào)制信號以提供一輸入信號的裝置；用來提供定時信號的裝置；解擴(kuò)散/相關(guān)裝置，用來響應(yīng)于定時信號和輸入信號，從輸入信號中除去偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜編碼，并對輸入信號和一組可能的數(shù)字波形符號中的每個數(shù)字波形符號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，以提供多個解擴(kuò)散相關(guān)信號；最可能符號裝置，用來接收多個解擴(kuò)散相關(guān)信號，并從中確定出一個最可能的發(fā)送數(shù)字波形符號，由此提供一系列接收符號；用來把最可能的發(fā)送數(shù)字波形符號轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)序列，以提供一個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的裝置；以及用來把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流提供給數(shù)據(jù)裝置的裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其中的調(diào)制信號是屬于用偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜編碼進(jìn)行編碼的類型的，并且解擴(kuò)散/相關(guān)裝置包括用來從輸入信號中除去偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜編碼的裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其中用來提供定時信號的裝置包括用來使同步于輸入信號以提供與輸入信號相同步的定時信號的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的設(shè)備，其中用來使同步于輸入信號的裝置包括一個匹配濾波同步化器。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的設(shè)備，其中用來使用同步于輸入信號的裝置包括一個基于串行相關(guān)的同步化器和用來接收作為輸入的定時信息的裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其中那組可能的數(shù)字波形符號中的每一個數(shù)字波形符號都與該組中各個其他的數(shù)字波形符號相正交。
27.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其中那組可能的數(shù)字波形符號包括沃爾什函數(shù)波形。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的設(shè)備，其中的解擴(kuò)散/相關(guān)裝置包括用來對DSSS編碼信號進(jìn)行直接序列解擴(kuò)散以提供一個解擴(kuò)散信號的裝置；用來對解擴(kuò)散信號進(jìn)行帶通濾波以提供一個其帶寬基本上與沃爾什函數(shù)波形組的帶寬相近的濾波信號的裝置；用來把濾波信號分解成一個同相信號和一個正交信號的裝置；用來把同相信號和正交信號分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字同相信號和數(shù)字正交信號的裝置；沃爾什函數(shù)解調(diào)裝置，用來對每個數(shù)字信號和一個沃爾什函數(shù)波形進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，以提供一個沃爾什同相信號和一個沃爾什正交信號；以及用來對沃爾什同相信號和沃爾什正交信號進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)以提供多個包絡(luò)信號的裝置，其中，最可能符號裝置包括用來比較各個包絡(luò)信號以確定表明最可能被發(fā)送的沃爾什函數(shù)波形的最大幅度包絡(luò)信號，并提供表明最大幅度包絡(luò)信號的一個最大幅度指標(biāo)信號的裝置，并且其中的轉(zhuǎn)換裝置包括數(shù)據(jù)解碼裝置，用來解碼最大幅度包絡(luò)信號以提供一個二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的設(shè)備，其中上述數(shù)據(jù)流包括至少一個數(shù)據(jù)塊，并且上述設(shè)備還包括用來利用里德一所羅門錯誤校正來僅校正-編碼塊的一個錯誤的裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的設(shè)備，其中解擴(kuò)散/相關(guān)裝置還包括用來提供最大復(fù)振幅信號的裝置，最可能符號裝置還包括用來提供最大幅度指標(biāo)信號的裝置，并且該設(shè)備還包括用來響應(yīng)于最大復(fù)合振幅信號和最大幅度指標(biāo)信號，以對接收到的符號序列進(jìn)行二進(jìn)制DPSK解調(diào)的裝置。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的設(shè)備，其中的設(shè)備還包括用來進(jìn)行里德-所羅門錯誤校正解碼的裝置和用來進(jìn)行二進(jìn)制錯誤解碼的裝置。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的設(shè)備，其中上述數(shù)據(jù)流包括至少一個數(shù)據(jù)塊，并且該裝置還包括用來借助于里德-所羅門錯誤校正以在一個編碼塊中只校正一個錯誤，并用來對二進(jìn)制流進(jìn)行擦除解碼的裝置。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的設(shè)備，其中用的擦除解碼裝置包括用來借助于施加給一個差分雙相移鍵控數(shù)據(jù)的偶組和奇組的分開的奇偶性比特位來進(jìn)行校正的裝置。
34.根據(jù)權(quán)利要求28的設(shè)備，其中的解擴(kuò)散/相關(guān)裝置還提供一個最大復(fù)振幅信號，最可能符號裝置還包括用來提供一個最大幅度指標(biāo)信號的裝置，并且該設(shè)備還包括用來響應(yīng)于最大復(fù)振幅信號和最大幅度指標(biāo)信號以對接收到的符號序列進(jìn)行M值DPSK解調(diào)的裝置。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的設(shè)備，其中該設(shè)備還包括用于錯誤校正解碼的裝置。
36.根據(jù)權(quán)利要求27的設(shè)備，其中的解擴(kuò)散/相關(guān)裝置包括用來對輸入信號進(jìn)行帶通濾波的裝置，以提供一個其帶寬基本上與用DSSS編碼的沃爾什函數(shù)波形組的帶寬相似的濾波信號；用來把濾波信號分解成一個同相信號和一個正交信號的裝置；用來把同相信號和正交信號分別轉(zhuǎn)換成同相數(shù)字信號和正交數(shù)字信號的裝置；用來對各個數(shù)字信號進(jìn)行直接序列解擴(kuò)散，并把各個數(shù)字信號和沃爾什函數(shù)波形進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算的裝置，以提供一個解擴(kuò)散的沃爾什同相信號和一個解擴(kuò)散的沃爾什正交信號；以及用來對解擴(kuò)散的沃爾什同相信號和解擴(kuò)散的沃爾什正交信號進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)的裝置，以提供多個包絡(luò)信號，其中的最可能符號裝置包括用來比較多個包絡(luò)信號中的每一個信號以確定表明最可能被發(fā)送的沃爾什函數(shù)波形的最大幅度包絡(luò)信號，并用來提供一個表明最大幅度包絡(luò)信號的最大幅度指標(biāo)信號的裝置，并且，其中的轉(zhuǎn)換裝置包括數(shù)據(jù)解碼裝置，用來解碼最大幅度包絡(luò)信號，以提供一個二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的設(shè)備，其中的解擴(kuò)散/相關(guān)裝置還包括用來提供最大復(fù)振幅信號的裝置，最可能符號裝置還包括用來提供最大幅度指標(biāo)信號的裝置，并且該設(shè)備還包括用來響應(yīng)于最大復(fù)振幅信號和最大幅度指標(biāo)信號，對接收到的符號序列進(jìn)行二進(jìn)制DPSK解調(diào)的裝置。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的設(shè)備，其中該設(shè)備還包括用于里德一所羅門錯誤校正解碼的裝置和用于二進(jìn)制錯誤解碼的裝置。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，其中上述數(shù)據(jù)流包括至少一個數(shù)據(jù)塊，并且上述設(shè)備還包括用來借助于里德-所羅門錯誤校正以在一個碼塊中只校正一個錯誤，并用來對二進(jìn)制流進(jìn)行擦除解碼的裝置。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的設(shè)備，其中的擦除解碼裝置包括用來借助于施加給一個差分雙相移鍵控數(shù)據(jù)的偶組和奇組的分開的奇偶性比特位來進(jìn)行校正的裝置。
41.根據(jù)權(quán)利要求36的設(shè)備，其中的解擴(kuò)散/相關(guān)裝置還提供一個最大復(fù)振幅信號，最可能符號裝置還包括用來提供一個最大幅度指標(biāo)信號的裝置，并且該設(shè)備還包括用來響應(yīng)于最大復(fù)振幅信號和最大幅度指標(biāo)信號，對接收到的符號序列進(jìn)行M值DPSK解調(diào)的裝置。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的設(shè)備，其中該設(shè)備還包括用于錯誤校正解碼的裝置。
43.根據(jù)權(quán)利要求27的設(shè)備，其中的解擴(kuò)散/相關(guān)裝置包括一個用來接收輸入樣本序列的沃爾什函數(shù)相關(guān)器，該相關(guān)器包括多個基本單元，每個基本單元有一個輸入和兩個輸出，這些單元互連成一個二進(jìn)制樹狀結(jié)構(gòu)，使得通過該樹狀結(jié)構(gòu)的每個可能的路徑代表關(guān)于輸入序列的一個獨(dú)特的函數(shù)，由此提供多個輸出樣本序列。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的設(shè)備，其中每個基本單元以第一速率fin依次地接收輸入樣本序列，并以第二速率fin/2并行地產(chǎn)生第一和第二輸出樣本序列，使得第一輸出樣本序列包括輸入樣本序列的當(dāng)前一對相繼的輸入樣本之和，第二輸出樣本序列包括輸入樣本序列的當(dāng)前一對相繼的輸入樣本之差，其中每個輸出樣本序列都可以作為輸入樣本序列提供給另一個基本單元。
45.根據(jù)權(quán)利要求43的設(shè)備，其中的樹狀結(jié)構(gòu)被分解成多個電路段，以便制作成多個單獨(dú)的集成電路芯片，其中每個電路段包括設(shè)置在同一集成電路芯片上的一組沃爾什函數(shù)相關(guān)器的至少一個子組的一個同相通道和一個正交通道，以及其中的每個集成電路芯片包括用來接收多個芯片 的輸出信號以執(zhí)行整組沃爾什函數(shù)相關(guān)運(yùn)算的裝置，由此解調(diào)所接收的調(diào)制信號。
46.根據(jù)權(quán)利要求27的設(shè)備，其中的解擴(kuò)散/相關(guān)裝置包括用來對DSSS編碼信號進(jìn)行偽噪聲解擴(kuò)散的裝置，以提供一個解擴(kuò)散信號；用來對解擴(kuò)散信號進(jìn)行帶通濾波的裝置，以提供一個其帶寬基本上與沃爾什函數(shù)波形組的帶寬相近的濾波信號；用來利用一個相干相位參考信號把濾波信號外差到基帶的裝置，以提供一個同相信號；用來把同相信號轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字同相信號的裝置；用來以一個沃爾什函數(shù)波形對數(shù)字信號進(jìn)行相關(guān)的沃爾什函數(shù)解調(diào)器裝置，以提供一個沃爾什同相信號；以及用來對沃爾什同相信號進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)的裝置，以提供多個包絡(luò)信號，其中最可能符號裝置包括用來比較多個包絡(luò)信號中的每一個信號，以確定表明最可能被發(fā)送的沃爾什函數(shù)波形的最大幅度包絡(luò)信號，并用來提供一個表明該最大幅度包絡(luò)信號的最大幅度指標(biāo)信號的裝置，并且其中的轉(zhuǎn)換裝置包括用來解碼最大幅度包絡(luò)信號的數(shù)據(jù)解碼裝置，以提供一個二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的設(shè)備，該設(shè)備還包括用來響應(yīng)于最大幅度包絡(luò)信號和最大幅度指標(biāo)信號，對接收到的信號序列進(jìn)行M值PSK解調(diào)的裝置。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的設(shè)備，它還包括用來在最可能符號被進(jìn)行了錯誤校正編碼時響應(yīng)于最可能符號裝置，對最可能符號進(jìn)行錯誤校正解碼的裝置。
49.根據(jù)權(quán)利要求46的設(shè)備，該設(shè)置還包括用來響應(yīng)于最大幅度包絡(luò)信號和最大幅度指標(biāo)信號，對接收到的符號序列進(jìn)行二進(jìn)制PSK解碼的裝置。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的設(shè)備，其中用來把最可能發(fā)送的數(shù)字波形符號轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)序列的裝置包括用于進(jìn)行里德一所羅門錯誤校正解碼的裝置和用于進(jìn)行二進(jìn)制錯誤解碼的裝置。
51.根據(jù)權(quán)利要求27的設(shè)備，其中的解擴(kuò)散/相關(guān)裝置包括用來對輸入信號進(jìn)行帶通濾波的裝置，以提供一個其帶寬基本上與以DSSS編碼的沃爾什函數(shù)波形組的帶寬相近的濾波信號；用來用一個相干相位參考信號把濾波信號外差到基帶上的裝置，以提供一個同相信號；用來把該同相信號轉(zhuǎn)換成一個同相數(shù)字信號的裝置；用來對該數(shù)字信號進(jìn)行直接序列解擴(kuò)散并對該數(shù)字信號和一個沃爾什函數(shù)波形進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算的裝置，以提供一個解擴(kuò)散的沃爾什同相信號；以及用來對該解擴(kuò)散的沃爾什同相信號進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)的裝置，以提供多個包絡(luò)信號，其中的最可能符號裝置包括用來比較多個包絡(luò)信號中的每一個信號，以確定表明最可能被發(fā)送的沃爾什函數(shù)波形的最大幅度包絡(luò)信號，并用來提供一個表明最大幅度包絡(luò)信號的最大幅度指標(biāo)信號的裝置，并且其中的轉(zhuǎn)換裝置包括用來對最大幅度包絡(luò)信號進(jìn)行解碼的數(shù)據(jù)解碼裝置，以提供一個二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。
52.根據(jù)權(quán)利要求51的設(shè)備，該設(shè)備還包括用來響應(yīng)于最大幅度包絡(luò)信號和最大幅度指標(biāo)信號，對接收的符號序列進(jìn)行二進(jìn)制PSK解碼的裝置。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的設(shè)備，其中用來把最可能發(fā)送的數(shù)字波形符號轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)序列的裝置包括用于進(jìn)行里德-所羅門錯誤校正解碼的裝置和用于進(jìn)行二進(jìn)制錯誤解碼的裝置。
54.根據(jù)權(quán)利要求51的設(shè)備，該設(shè)備還包括用來響應(yīng)于最大幅度包絡(luò)信號和最大幅度指標(biāo)信號，對接收到的符號序列進(jìn)行M值PSK解碼的裝置。
55.根據(jù)權(quán)利要求54的設(shè)備，它還包括用來在最可能符號被進(jìn)行了錯誤校正編碼時響應(yīng)于最可能符號裝置，對最可能符號進(jìn)行錯誤校正解碼的裝置。
56.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，它還包括用來在最可能符號被進(jìn)行了錯誤校正編碼時響應(yīng)于最可能符號裝置，對最可能符號進(jìn)行錯誤校正解碼的裝置。
57.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，它包括一個滑動的基于串行相關(guān)的同步化器，它有一個信號探測器，用來響應(yīng)于多個解擴(kuò)散相關(guān)信號中的一個信號，探測輸入信號的存在。
58.根據(jù)權(quán)利要求57的設(shè)備，其中基于串行相關(guān)的同步化器還包括一個閾值估計器，它用來響應(yīng)于多個解擴(kuò)散相關(guān)信號，向信號探測器提供一個代表對輸入信號非相干功率的估計的信號。
59.根據(jù)權(quán)利要求57的設(shè)備，它還包括一個時間跟蹤環(huán)，用來響應(yīng)于最可能符號裝置，從由最可能符號裝置所選出的至少一個信號中提取關(guān)于定時信息的變化。
60.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其中的最可能符號裝置包括一個含有多個互相連接成一個反向二進(jìn)制樹狀結(jié)構(gòu)的雙路比較器的M路比較器，其中每個雙路比較器都能把兩個輸入振幅中的較大者作為輸出振幅提供，并能提供一個關(guān)于兩個輸入振幅中的較大者的指標(biāo)，而M路比較器能夠提供一個表明M個輸入振幅中的最大者的指標(biāo)，并提供M個輸入振幅中的最大振幅。
61.根據(jù)權(quán)利要求60的設(shè)備，其中的反向二進(jìn)樹狀結(jié)構(gòu)被分解成多個電路段，以制作成多個單獨(dú)的集成電路芯片，其中每個電路段都包括設(shè)置在同一集成電路芯片上的沃爾什函數(shù)相關(guān)器組的至少一個子組的一個同相通道和一個正交通道，并且其中每個集成電路芯片都包括用來從多個芯片接收輸出信號的裝置，以進(jìn)行全組沃爾什函數(shù)的相關(guān)運(yùn)算，由此對接收的調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)。
62.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其中該設(shè)備包括多個電荷轉(zhuǎn)移器件。
63.一種在至少兩個數(shù)據(jù)裝置之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的方法，該方法包括下述步驟從數(shù)據(jù)裝置獲取數(shù)據(jù)；把該數(shù)據(jù)表示成一系列數(shù)字波形符號，該數(shù)字波形符號是從一個含有多于兩個的獨(dú)特的數(shù)字波形符號的組中選出的，每個數(shù)字波形符號都由符號持續(xù)時間來表征；產(chǎn)生一個直接序列擴(kuò)散譜編碼信號；結(jié)合直接序列擴(kuò)散譜編碼信號和數(shù)字波形符號序列，以提供一個發(fā)送信號；按照發(fā)送信號來調(diào)制一個載波信號，以提供一個調(diào)制信號；以及發(fā)送該調(diào)制信號。
64.根據(jù)權(quán)利要求63的方法，其中的直接序列擴(kuò)散譜編碼信號是一個偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜編碼信號。
65.根據(jù)權(quán)利要求63的方法，其中每個獨(dú)特的數(shù)字波形符號都與組內(nèi)其他的觸特數(shù)字波形符號互相正交。
66.根據(jù)權(quán)利要求65的方法，它還包括下述步驟對每一對順次相鄰的兩個符號波形施加差分多相位相移鍵控，以產(chǎn)生一個被M值DPSK和M值正交函數(shù)調(diào)制所聯(lián)合調(diào)制的波形。
67.根據(jù)權(quán)利要求66的方法，其中施加差分多相位相移鍵控的步驟包括施加對踵雙相位相移鍵控的步驟。
68.根據(jù)權(quán)利要求63的方法，其中的數(shù)字波形符號組包括沃爾什函數(shù)波形。
69.根據(jù)權(quán)利要求68的方法，其中沃爾什函數(shù)波形的契普率基本上等于直接序列擴(kuò)散譜編碼信號的契譜率。
70.根據(jù)權(quán)利要求63的方法，其中的結(jié)合步驟包括下述步驟同步地相乘數(shù)字波形符號序列和偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜編碼信號，以保證發(fā)送信號的特征是其帶寬不大于偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜編碼信號的帶寬。
71.根據(jù)權(quán)利要求63的方法，其中的偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜編碼信號是周期性的，并且該編碼信號的碼周期長于每個數(shù)字波形符號的符號持續(xù)時間。
72.根據(jù)權(quán)利要求63的方法，其中把數(shù)據(jù)表示成一系列數(shù)字波形符號的步驟包括下述步驟把數(shù)據(jù)分成一系列每個組有M個比特的組，每個組代表從2M個可能的數(shù)據(jù)符號中選出的一個符號；以及把每個數(shù)據(jù)符號表示成一個數(shù)字波形符號，以形成一系列數(shù)字波形符號。
73.一種接收在至少兩個數(shù)據(jù)裝置之間以調(diào)制信號的形式進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)的方法，該調(diào)制信號屬于用直接序列擴(kuò)散譜編碼被編碼的類型，它含有一些從一組可能的數(shù)字波形符號中選出的數(shù)字波形符號，該方法包括下述步驟接收調(diào)制信號，以提供一個輸入信號；提供定時信號；從輸入信號中除去偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜編碼；對輸入信號和一組可能的數(shù)字波形符號組中的每一個數(shù)字波形符號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，以提供多個解擴(kuò)散的相關(guān)信號；接收多個解擴(kuò)散相關(guān)信號，并從中確定出一個最可能發(fā)送的數(shù)字波形符號，以提供一個接收的符號序列；把最可能發(fā)送數(shù)字波形符號轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)序列，以提供一個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流；以及向數(shù)據(jù)裝置提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。
74.根據(jù)權(quán)利要求73的方法，其中的調(diào)制信號屬于用偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜編碼被編碼的類型，并且關(guān)于除去的步驟包從輸入信號中除去偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜編碼的步驟。
75.根據(jù)權(quán)利要求74的方法，其中提供定時信號的步驟包括使同步于輸入信號，以提供同步于輸入信號的定時信號。
76.根據(jù)權(quán)利要求75的方法，其中使同步于輸入信號的步驟包括利用匹配濾波器實(shí)現(xiàn)同步化。
77.根據(jù)權(quán)利要求75的方法，其中使同步于輸入信號的步驟包括利用串行相關(guān)器實(shí)現(xiàn)同步化，并接收定時信息作為輸入。
78.根據(jù)權(quán)利要求73的方法，其中可能的數(shù)字波形符號組中的每一個數(shù)字波形符號都與組內(nèi)每個其他的數(shù)字波形符號相正交。
79.根據(jù)權(quán)利要求73的方法，其中可能的數(shù)字波形符號組包括沃爾什函數(shù)波形。
80.根據(jù)權(quán)利要求79的方法，其中關(guān)于除去的步驟包括下述步驟對一個DSSS編碼信號進(jìn)行直接序列解擴(kuò)散，以提供一個解擴(kuò)散信號；對解擴(kuò)散信號進(jìn)行帶通濾波，以提供一個其帶寬基本上與沃爾什函數(shù)波形的帶寬相近的濾波信號；把濾波信號分解成一個同相信號和一個正交信號；以及把同相信號和正交信號分別轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字同相信號和一個數(shù)字正交信號，其中的相關(guān)步驟包括下述步驟使每個數(shù)字信號和一個沃爾什函數(shù)波形作相關(guān)運(yùn)算，以提供一個沃爾什同相信號和一個沃爾什正交信號；以及對沃爾什同相信號和沃爾什正交信號進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)，以提供多個包絡(luò)信號，其中關(guān)于接收多個解擴(kuò)散相關(guān)信號并從中確定出一個最可能發(fā)送數(shù)字波形符號的步驟包括下述步驟比較多個包絡(luò)信號中的每一個信號，以確定出表明最可能被發(fā)送的沃爾什函數(shù)波形的最大幅度包絡(luò)信號；以及提供一個表明最大幅度包絡(luò)信號的最大幅度指標(biāo)信號，并且，其中的轉(zhuǎn)換步驟包括下述步驟解碼最大幅度包絡(luò)信號，以提供一個二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。
81.根據(jù)權(quán)利要求80的方法，它還包括下述步驟對接收到的符號序列進(jìn)行M值DPSK解調(diào)。
82.根據(jù)權(quán)利要求79的方法，其中關(guān)于除去的步驟包括下述步驟對輸入信號進(jìn)行帶通濾波，以提供一個其帶寬基本上與DSSS編碼的沃爾什函數(shù)波形組的帶寬相近的濾波信號；把濾波信號分解成一個同相信號和一個正交信號；分別把同相信號和正交相信號轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字同相信號和一個數(shù)字正交信號；以及對每個數(shù)字信號進(jìn)行直接序列解擴(kuò)散，以提供一個解擴(kuò)散同相數(shù)字信號和一個解擴(kuò)散正交數(shù)字信號，其中的相關(guān)步驟包括下述步驟使每個數(shù)字信號和一個沃爾什函數(shù)波形進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，以提供一個沃爾什同相信號和一個沃爾什正交信號；以及對沃爾什同相信號和沃爾什正交信號進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)，以提供多個包絡(luò)信號，其中關(guān)于接收多個解擴(kuò)散相關(guān)信號并從中確定出一個最可能發(fā)送數(shù)字波形符號的步驟包括下述步驟比較多個包絡(luò)信號中的每一個信號，以確定出表明最可能被發(fā)送的沃爾什函數(shù)波形的最大幅度包絡(luò)信號；以及提供一個表明最大幅度包絡(luò)信號的最大幅度指標(biāo)信號，并且，其中的轉(zhuǎn)換步驟包括下述步驟解碼最大幅度包絡(luò)信號，以提供一個二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。
83.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，它還包括下述步驟對接收到的符號序列進(jìn)行M值DPSK解調(diào)。
全文摘要
一種用來在至少兩個數(shù)據(jù)裝置之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的設(shè)備和方法，它適用于無線局域網(wǎng)絡(luò)，特別在高數(shù)據(jù)率下能夠提供通過被多路徑干擾所干擾的射頻通信頻道進(jìn)行堅固的數(shù)據(jù)通信時的魯棒性。本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例把數(shù)據(jù)表示成為一個被偽噪聲直接序列擴(kuò)散譜調(diào)制(70)所編碼的沃爾什函數(shù)波形(66)的序列。數(shù)據(jù)的沃爾什函數(shù)編碼提供了長的符號持續(xù)時間，由此使得擴(kuò)散譜調(diào)制有可能在提供高數(shù)據(jù)率的同時提供足夠的處理增益，以基本上克服多路徑干擾。
文檔編號H04J11/00GK1141103SQ95191641
公開日1997年1月22日 申請日期1995年2月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月17日
發(fā)明者約翰·H·卡法雷拉, 杰弗里·H·菲舍爾 申請人:邁克瑞勒有限公司