專利名稱：用于控制接收機(jī)的方法以及接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制接收機(jī)的方法，接收機(jī)采用瑞克原理來(lái)實(shí)現(xiàn)并包括多個(gè)能夠與所接收的信號(hào)同步的相關(guān)器支路。
一種采用瑞克原理工作的接收機(jī)包括有若干各自能與不同的信號(hào)分量同步的支路。因此，接收機(jī)可以同時(shí)接收若干個(gè)信號(hào)。瑞克(Rake)接收機(jī)特別被用在CDMA接收機(jī)中。
CDMA是一種基于頻譜展寬技術(shù)的多址通信方法，并且近幾年來(lái)，已經(jīng)與現(xiàn)有FDMA和TDMA方法同時(shí)被應(yīng)用在蜂窩無(wú)線電系統(tǒng)中。CDMA具有若干超過(guò)現(xiàn)有方法的優(yōu)點(diǎn)，例如，頻率分配的簡(jiǎn)單性和頻譜效率高等。
在CDMA方法中，用戶的窄帶數(shù)據(jù)信號(hào)借助具有一個(gè)比數(shù)據(jù)信號(hào)寬得多的頻帶的展寬碼擴(kuò)大到一個(gè)相對(duì)較寬的頻帶。在已知的試驗(yàn)系統(tǒng)中，已經(jīng)使用的帶寬是例如說(shuō)1.25MHz；10MHz和25MHz。在具有擴(kuò)大作用的連接中，數(shù)據(jù)信號(hào)展寬到整個(gè)被使用的頻帶。所有的用戶同時(shí)使用同一個(gè)頻帶發(fā)射。獨(dú)立的展寬碼被用于基站和移動(dòng)站之間的每一次連接中，并且用戶的信號(hào)可以在接收機(jī)中根據(jù)每個(gè)用戶的展寬碼互相分離開來(lái)。最好這樣來(lái)選擇展寬碼，使得它們相互正交亦即使它們互不相關(guān)。
設(shè)置在常規(guī)CDMA接收機(jī)中的相關(guān)器與根據(jù)展寬碼識(shí)別的要求信號(hào)同步。通過(guò)使用和發(fā)射期間同一樣的展寬碼重新放大數(shù)據(jù)信號(hào)就在接收機(jī)中把它恢復(fù)到原始的頻帶。被一些別的展寬碼放大的信號(hào)在理想的情形下是不相關(guān)的并且不恢復(fù)到窄帶。因此，對(duì)于要求的信號(hào)而言，它們就好像是噪聲一樣。目的是從若干個(gè)相干信號(hào)之中檢出所要求的用戶的信號(hào)。實(shí)際上，展寬碼并不正交而且由于被接收信號(hào)的非線性畸變，其它用戶的信號(hào)妨礙了對(duì)要求信號(hào)的檢波。這種由用戶互相造成的干擾叫做多址聯(lián)接干擾。
對(duì)于頻譜展寬系統(tǒng)的性能，最重要的是接收機(jī)能夠快速準(zhǔn)確地與輸入信號(hào)同步。與輸入信號(hào)同步通常分兩個(gè)階段進(jìn)行。在捕捉碼相位時(shí)，從所接收的發(fā)射信號(hào)中找出所要求的信號(hào)并且以半個(gè)碼元周期的精度確定信號(hào)的相位，當(dāng)這一工作完成時(shí)，就認(rèn)為相位已鎖定，在此之后，再用負(fù)責(zé)維持相位鎖定的碼跟蹤環(huán)路精調(diào)碼的相位。
碼相位的捕捉可以用一個(gè)匹配濾波器也可借助主動(dòng)相關(guān)法實(shí)現(xiàn)。前一方法比較快但僅適用于短碼而且在以數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)時(shí)要消耗大量的電流。主動(dòng)相關(guān)法是CDMA系統(tǒng)中最常使用的方法。在主動(dòng)相關(guān)法中，以半個(gè)碼元周期(chip)為一步掃描本地相關(guān)器的碼相位，并將每個(gè)相位與所接收的信號(hào)相比較。這一實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)但比較慢。通過(guò)使用若干個(gè)并聯(lián)的相關(guān)器使捕捉面積分為若干部分可以加快捕捉。因而捕捉的時(shí)間自然會(huì)短些。
在現(xiàn)有的裝置中，瑞克接收機(jī)已經(jīng)用這樣的方法來(lái)設(shè)計(jì)，使得新碼相位的捕捉以集中的方式在一個(gè)獨(dú)立的搜索器支路中進(jìn)行。搜索器支路搜索準(zhǔn)備供給接收機(jī)的信號(hào)并且各個(gè)獨(dú)立的相關(guān)器用于對(duì)已找出的信號(hào)監(jiān)控和解調(diào)。另一種已知的裝置是在連接到系統(tǒng)時(shí)使用全部相關(guān)器用于捕捉，并且在已經(jīng)找出要求的信號(hào)時(shí)，各相關(guān)器的工作不變，即一個(gè)或兩個(gè)支路擔(dān)任搜索器工作，其他支路則監(jiān)控所要求的信號(hào)。
用于瑞克接收機(jī)各支路的控制算法是一種關(guān)于軟件和硬件兩者實(shí)施起來(lái)很復(fù)雜的復(fù)雜分類算法。由于復(fù)雜的本質(zhì)，所以計(jì)算各支路的控制算法也要用去大量的時(shí)間，這會(huì)使得接收機(jī)的性能下降。
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種接收機(jī)，其中用簡(jiǎn)單方法控制各瑞克支路，并且控制要快于常規(guī)裝置中的控制。
這一點(diǎn)采用序論中所述的那種方法達(dá)到，其特征在于接收機(jī)中的每個(gè)相關(guān)器支路搜索有利的信號(hào)分量，使它本身與已找出的信號(hào)分量同步，并在于每一支路都監(jiān)控和接收已找出的信號(hào)分量。
本發(fā)明還涉及一種采用瑞克原理實(shí)現(xiàn)的接收機(jī)，并且接收機(jī)包括若干能夠與所接收信號(hào)同步的相關(guān)器支路。根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)，其特征在于接收機(jī)的相關(guān)器支路包括用于搜索有利信號(hào)分量的裝置和用于引導(dǎo)一個(gè)支路接收已找出的有利信號(hào)分量的裝置。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，瑞克接收機(jī)的每個(gè)支路搜索它開始接收和監(jiān)控的信號(hào)。瑞克接收機(jī)的支路開始以不同的延遲工作以確保開始快速接收。當(dāng)各個(gè)支路掃描不同的信號(hào)延遲時(shí)，已找出的信號(hào)的電平與一個(gè)預(yù)定數(shù)值或者一個(gè)適當(dāng)?shù)拈撝迪啾容^。這就保證僅有一個(gè)足夠高質(zhì)量的信號(hào)被選出用于接收。根據(jù)本發(fā)明的裝置不要求一個(gè)單獨(dú)的搜索器部件或是一個(gè)算出支路分配的部件。特別是計(jì)算分配很復(fù)雜，要求相當(dāng)大量的軟件或硬件以及花費(fèi)相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間。
下面，將參照根據(jù)附圖的例子非常詳細(xì)地?cái)⑹霰景l(fā)明，在附圖中

圖1是一個(gè)總體方框圖，說(shuō)明頻譜擴(kuò)展系統(tǒng)中的一種根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)；圖2非常詳細(xì)地說(shuō)明一種根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)中的檢波器的結(jié)構(gòu)；以及圖3是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的瑞克接收機(jī)中支路結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。
首先考察一種典型的CDMA信號(hào)。在下面的例子中假定(但并不限制本發(fā)明)系統(tǒng)使用BPSK調(diào)制法。要被發(fā)射的信號(hào)乘以擴(kuò)展碼和載波cos(ω0t)兩者。假定擴(kuò)展碼中的數(shù)位持續(xù)時(shí)間(碼元周期)等于TC，于是，當(dāng)信號(hào)乘以一個(gè)具有比信息信號(hào)的頻率大得多的頻率的擴(kuò)展碼C(t)時(shí)，要被發(fā)射的信號(hào)的頻譜就擴(kuò)展到一個(gè)頻帶1/TC。信道上的信號(hào)被延遲，因此，被接收信號(hào)可表示成下面的形式a(k)*c(t-τ)cos(ω0t)其中a(k)＝二進(jìn)制數(shù)據(jù)(±1)c(t)＝連續(xù)時(shí)間展寬碼ω0＝載波角頻率τ＝過(guò)渡時(shí)間延遲在接收機(jī)中，所接收的信號(hào)必須反過(guò)來(lái)組成一個(gè)窄帶。為了做到這一點(diǎn)，接收機(jī)必須具有與發(fā)射機(jī)同一樣的擴(kuò)展碼并且該碼還應(yīng)具有同一樣的相位。接收中的函數(shù)預(yù)計(jì)為過(guò)渡時(shí)間延遲τ。通過(guò)將所接收的信號(hào)與具有正確相位的擴(kuò)展碼相乘得到根據(jù)下式的信息信號(hào)
a(k)*c(t-τ)c(t-τ’)cos(ω0t)其中τ’為對(duì)于過(guò)渡時(shí)間延遲的估算值。
如果接收機(jī)生成的擴(kuò)展碼具有完全正確的相位，則能夠組成的信號(hào)為a(k)cos(ω0t)，它等于原始載波和數(shù)據(jù)調(diào)制信號(hào)。如果接收機(jī)中生成的擴(kuò)展碼相位偏移例如0.5個(gè)碼元周期，在BPSK的情形，接收機(jī)的性能降低0.6dB。因此，快速準(zhǔn)確的相位捕捉是帶根本性的。
下一步，借助圖1的方框圖考察根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)總體結(jié)構(gòu)。該圖示出了用戶設(shè)備的一種接收機(jī)，而根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)自然也可放置在基站中并且接收機(jī)的基本部件即特別是檢波部件可以用和終端設(shè)備中同一樣的方法實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)包括一個(gè)天線100，它接收一個(gè)信號(hào)加到射頻部件102，信號(hào)在102中轉(zhuǎn)變成中頻信號(hào)。來(lái)自射頻部件的信號(hào)加到一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器104，在104中信號(hào)被取樣且轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。已轉(zhuǎn)換的信號(hào)106加到一個(gè)檢波單元108上，在那里檢出信號(hào)的信道參數(shù)和包含在信號(hào)之中的要求符號(hào)。
在圖1所示的終端設(shè)備接收機(jī)中，被檢出的信號(hào)加到一個(gè)信道解碼器110和語(yǔ)音解碼器112上，在此之后，被解碼的語(yǔ)音信號(hào)加到揚(yáng)聲器114上。如果設(shè)備是一種數(shù)據(jù)終端設(shè)備，則語(yǔ)音解碼器自然會(huì)被一些別的解碼器替代。此外，如果接收機(jī)是一個(gè)基站接收機(jī)，則信號(hào)在信道編碼單元之后被加到接收機(jī)的其他部件上。根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)還包括一個(gè)控制其他部件工作的控制處理器116。根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)自然也還包括例如濾波器和放大器一類的其他部件，不過(guò)，正如對(duì)于一個(gè)熟悉這一技術(shù)的人員所清楚的，為了明晰起見(jiàn)，在圖中沒(méi)有示出它們來(lái)。
借助圖2的方框圖更詳細(xì)地考察采用瑞克原理實(shí)現(xiàn)的接收機(jī)中檢波器108的結(jié)構(gòu)。檢波器108包括若干瑞克支路200至204，其輸入端是所接收的信號(hào)106并且每一支路都監(jiān)控和解調(diào)獨(dú)立的多路經(jīng)傳播信號(hào)分量。支路200至204的輸出210至214被加到一個(gè)多道混合器206，已解調(diào)的分量在206中最好能混合并由此得到多種不同的增益。
在根據(jù)本發(fā)明的裝置中，每一支路獨(dú)立地搜索它能與之同步的信號(hào)分量，并在找出滿足標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)分量之后，開始監(jiān)控和接收該分量。用于接收的標(biāo)準(zhǔn)可以是一個(gè)與預(yù)定的參考電平(它可以是固定的或者動(dòng)態(tài)變化的參考電平)相當(dāng)?shù)男盘?hào)功率電平。當(dāng)找到超過(guò)參考電平的信號(hào)時(shí)，支路確信沒(méi)有別的接收支路已經(jīng)接收到所檢出的分量。如果相位已經(jīng)被接收到，則支路根據(jù)跟在后面的碼相位繼續(xù)捕捉信號(hào)。
瑞克接收機(jī)的各支路接收和監(jiān)控一個(gè)給定的所謂時(shí)間窗口內(nèi)即具有某一區(qū)間內(nèi)的延遲的信號(hào)分量。要被接收的時(shí)間窗口被設(shè)定為一個(gè)預(yù)定的長(zhǎng)度。通過(guò)調(diào)整時(shí)間窗口，自適應(yīng)性也是可以做到的。在第一瑞克支路找出能接收的信號(hào)時(shí)第一次設(shè)定時(shí)間窗口的位置。這可以例如說(shuō)以這樣一種方式進(jìn)行，即支路在所有各支路都可見(jiàn)到的寄存器(可以放在例如說(shuō)控制單元116中)中設(shè)置時(shí)間窗口的起始相位和終極相位。然后以這樣的方式調(diào)整時(shí)間窗口的位置，即在下一個(gè)瑞克支路自己找到一個(gè)信號(hào)時(shí)，它檢驗(yàn)所找出分量的可用性，即考察信號(hào)是否被任何別的支路接收以及可用的延遲時(shí)間，再通過(guò)例如把時(shí)間窗口的中心定在已找出的碼相位上更新寄存器中時(shí)間窗口的起始相位和終極相位。
瑞克接收機(jī)的各支路盡可能長(zhǎng)時(shí)間地接收它們已經(jīng)找出的信號(hào)分量。當(dāng)信號(hào)降低到參考數(shù)值以下時(shí)或者由于其他支路的分量變化致使分量落在要被接收的時(shí)間窗口之外時(shí)，支路必須停止接收信號(hào)。這時(shí)失去其信號(hào)的支路便從所接收的時(shí)間窗口中搜索新的信號(hào)分量，直到找出滿足標(biāo)準(zhǔn)的分量為止。
因此，在找出一個(gè)信號(hào)分量之后，每一個(gè)瑞克支路總要檢查該分量有沒(méi)有被某些別的支路使用。每一支路用它自己的時(shí)鐘信號(hào)216供給，以這種方法同步就使每一支路都有自己的時(shí)隙用于讀取和更新所需要的寄存器。時(shí)鐘信號(hào)控制對(duì)其他支路相位的檢查以及讀取和更新時(shí)間窗口寄存器。由于同步的關(guān)系，每一支路都在不同的時(shí)刻讀取寄存器，因此，寄存器以一種受控的方式更新并且各支路均不獨(dú)自或者在其他支路不知道的情形下更新時(shí)間窗口。
圖3非常詳細(xì)地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)中瑞克支路的各基本部件。很明顯，對(duì)于熟悉這一技術(shù)的人員來(lái)說(shuō)，支路還包括例如估算多徑傳播信號(hào)的復(fù)數(shù)系數(shù)的其他部件，只是由于這些部件對(duì)本發(fā)明沒(méi)有本質(zhì)作用而在圖中未曾示出。
根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)中的一個(gè)瑞克支路首先包括一個(gè)生成具有所需相位的要求擴(kuò)展碼的碼發(fā)生器302。擴(kuò)展碼被加到可以根據(jù)已知技術(shù)例如借助一個(gè)相關(guān)器或是一個(gè)匹配濾波器實(shí)現(xiàn)的相關(guān)裝置300上。在相關(guān)裝置中，所接收的信號(hào)106被乘以從碼發(fā)生器302得到的擴(kuò)展碼，并在碼具有正確相位時(shí)將要求的信號(hào)恢復(fù)到原始的窄帶。然后，所得到的信號(hào)再加到一個(gè)解調(diào)器306上，在那里可以根據(jù)已知的技術(shù)對(duì)信號(hào)解調(diào)。解調(diào)的信號(hào)210再加到接收機(jī)別的部件上。
瑞克支路還包括碼監(jiān)控裝置308，其輸入由所接收的信號(hào)106和碼發(fā)生器302的輸出信號(hào)組成。碼監(jiān)控裝置308監(jiān)示被接收信號(hào)成分的相位和控制碼發(fā)生器的相位使之具有和要求的信號(hào)分量同一樣的相位。支路還包括一個(gè)控制支路工作的控制處理器310?？刂铺幚砥髟谑ヅc所要求的信號(hào)分量同步時(shí)也接收來(lái)自碼監(jiān)控裝置的信息314。然后應(yīng)當(dāng)開始對(duì)新的信號(hào)分量的捕捉?？刂铺幚砥?10還根據(jù)接收機(jī)中控制單元116的寄存器檢查所找出的信號(hào)分量是否已被一些別的支路接收?？刂铺幚砥鬟€管理對(duì)時(shí)間窗口寄存器的檢查和更新。在連接開始時(shí)，每一支路的控制處理器310還借助控制單元116定出支路的相位，使得接收機(jī)的各不同支路的相位不同。如此，就有可能加快找到新的信號(hào)分量。
支路還包括用于從所接收的信號(hào)106中搜索新的信號(hào)分量的裝置304。在失去前面所監(jiān)控的分量的相位或者在被監(jiān)控分量的電平掉到一個(gè)給定的閾值以下時(shí)，便通過(guò)來(lái)自控制處理器310的命令開始捕捉。在根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)中，捕捉裝置也可以在接收被當(dāng)作是一種背景處理的期間搜索新的信號(hào)分量。優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)失去以前監(jiān)控的分量時(shí)，有可能立即與其相位已被作為背景捕捉結(jié)果檢出的新的分量同步。碼監(jiān)控裝置308和捕捉裝置306兩者都可以通過(guò)例如說(shuō)相關(guān)器或匹配濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
如果根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)被用在基站中并以使用獨(dú)立的支路卡片這樣一種方式實(shí)現(xiàn)，則時(shí)間窗口寄存器可以放置在諸瑞克支路之一中而不放在控制單元116中。此外，根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)的功能可以通過(guò)硬件例如說(shuō)用獲得精確實(shí)現(xiàn)的ASIC完全實(shí)現(xiàn)，或者也可以通過(guò)硬件和軟件完全實(shí)現(xiàn)。
盡管本發(fā)明在上面是參照根據(jù)附圖的例子敘述的，但是很明顯，本發(fā)明并不局限于此，而是可以在所附權(quán)利要求書所闡明的發(fā)明精神范圍內(nèi)用許多方法進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種用于控制以瑞克原理實(shí)現(xiàn)的接收機(jī)的方法，接收機(jī)包括若干能與所接收的信號(hào)同步的相關(guān)器支路(200-204)，方法的特征在于接收機(jī)中的每個(gè)相關(guān)器支路(200-204)搜索有利的信號(hào)分量；使本身與它所找出的信號(hào)分量同步，以及每個(gè)支路都監(jiān)控與接收它所找出的信號(hào)分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在它找出一個(gè)有利的信號(hào)分量之后，每個(gè)支路都要檢查是否另外的支路接收了同一個(gè)信號(hào)分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于在接收的開頭，接收機(jī)的各相關(guān)器支路就開始采用不同的信號(hào)延遲搜索有利的信號(hào)分量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在搜索信號(hào)分量的過(guò)程中，所找出的每個(gè)分量的質(zhì)量都要與一個(gè)給定的閾值相比較。
5.根據(jù)權(quán)利要求2和4的方法，其特征在于在分量的質(zhì)量超過(guò)給定的閾值并且沒(méi)有別的相關(guān)器支路接收所述分量時(shí)，相關(guān)器支路才開始接收它所找出的信號(hào)分量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于各相關(guān)器支路(200-204)以這樣一種方式來(lái)定出相位，使得每一支路搜索具有不同相位的信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于當(dāng)它們監(jiān)控和接收有利信號(hào)分量時(shí)，相關(guān)器支路(200-204)同時(shí)搜索新的信號(hào)分量。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于在失去它們監(jiān)控的信號(hào)分量之后，各相關(guān)器支路(200-204)從已給的延遲范圍中搜索新的超過(guò)閾值的信號(hào)。
9.一種采用瑞克原理實(shí)現(xiàn)并包括若干能與所接收信號(hào)同步的相關(guān)器支路(200-204)的接收機(jī)，其特征在于接收機(jī)的各相關(guān)器支路(200-204)包括用于搜索有利信號(hào)分量的裝置(304)和用于引導(dǎo)一個(gè)支路接收它已找出的有利信號(hào)分量的裝置(116，310)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的接收機(jī)，其特征在于接收機(jī)的各相關(guān)器支路(200-204)包括用于檢查是否另一個(gè)接收支路接收它已找出的信號(hào)分量的裝置(116，310)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的接收機(jī)，其特征在于接收機(jī)的各相關(guān)器支路(200-204)包括用于將所找出的信號(hào)分量的質(zhì)量與一個(gè)給定閾值相比較的裝置(116，310)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的接收機(jī)，其特征在于接收機(jī)包括用于給捕捉過(guò)程中所使用的相關(guān)器定相位使得每個(gè)相關(guān)器以不同的相位搜索信號(hào)的裝置(116)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的接收機(jī)，其特征在于接收機(jī)包括用于在監(jiān)控和接收一個(gè)有利信號(hào)分量的同時(shí)搜索新的信號(hào)分量的裝置(304)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制接收機(jī)的方法,并涉及一種采用瑞克原理實(shí)現(xiàn)且包括若干能夠與所接收的信號(hào)同步的相關(guān)器支路(200—204)的接收機(jī)。為了使接收機(jī)能快速工作,根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)的相關(guān)器支路(200—204)包括用于搜索有利信號(hào)分量的裝置(304)和用于引導(dǎo)一個(gè)支路接收它已找出的有利信號(hào)分量的裝置(116,310)。
文檔編號(hào)H04B1/707GK1202993SQ96198456
公開日1998年12月23日 申請(qǐng)日期1996年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月20日
發(fā)明者勞里·斯塔勒 申請(qǐng)人:諾基亞電信公司