專利名稱：在多用戶通信系統(tǒng)中的多層偽隨機噪聲碼擴展的制作方法
背景技術(shù)：
Ⅰ．發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及擴展譜通信系統(tǒng)，如無線數(shù)據(jù)或電話系統(tǒng)，以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及產(chǎn)生、識別和捕獲采用分層或覆蓋的偽隨機噪聲(PN)擴展的擴展譜通信信號以及具有不同周期或碼片速率的標(biāo)識符碼的方法和裝置。
Ⅱ．相關(guān)技術(shù)的描述人們已經(jīng)開發(fā)了各種多址通信系統(tǒng)和技術(shù)，用來在大量的系統(tǒng)用戶之間傳送信息，如碼分多址(CDMA)擴展譜技術(shù)。多址通信系統(tǒng)中的CDMA技術(shù)見美國專利4，901，307中所描述的原理，該專利在授權(quán)日是1990年2月13日，標(biāo)題是“采用衛(wèi)星或地面轉(zhuǎn)發(fā)器的擴展譜多址通信系統(tǒng)(Spread Spectrum Multiple AccessCommunication Syatem Using Satellite Or Terrestrial Repeater)”；以及美國專利5，691，974，其授權(quán)日是1997年11月25日，其標(biāo)題是“采用全頻譜發(fā)射功率在擴展譜通信系統(tǒng)中用來跟蹤各接收方相位時間和能量的方法和裝置(Methodand Apparatus for Using Full Spectrum Transmitted Power in a Spread SpectrumCommunication System for Tracking Individual Recipient Phase Time andEnergy)”，二專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在此引述供參考。
這些專利所揭示的通信系統(tǒng)中，大量通常為移動或遠(yuǎn)端系統(tǒng)用戶采用收發(fā)器與其他的系統(tǒng)用戶或所要求的信號接收方進行通信，例如通過所連接的公共電話交換網(wǎng)。這些系統(tǒng)用戶通過匯接局和衛(wèi)星，或地面基站(也稱為區(qū)站或小區(qū))用CDMA擴展譜通信信號進行通信。
在典型的擴展譜通信系統(tǒng)中，采用一組或多組或者一對或多對預(yù)選的偽隨機噪聲(PN)碼序列在將用戶信息信號調(diào)制到載波上用于傳輸作為通信信號之前，在預(yù)定的頻帶上調(diào)制或‘?dāng)U展’用戶信息信號。PN擴展是一種擴展譜傳輸方法，這是本領(lǐng)域中眾所周知的，它產(chǎn)生比基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信號寬得多的帶寬的通信信號。在基站或匯接局對用戶的通信鏈路(也稱為前向鏈路)中，PN擴展碼或二進制序列用來鑒別不同基站所發(fā)射的信號，或不同波束、衛(wèi)星或匯接局的信號以及多徑信號。
這些編碼通常是由給定小區(qū)或波束中的所有通信信號所共享的，并且在相鄰波束或小區(qū)之間是有時間偏移的，以產(chǎn)生不同的擴展碼。時間偏移提供特有的射束標(biāo)識符，它可以用作波束對波束的切換，或用來確定相對于基本通信系統(tǒng)定時的信號定時。
在典型的CDMA擴展譜通信系統(tǒng)中，采用信道化碼來區(qū)別小區(qū)中在前向鏈路上不同用戶的信號或衛(wèi)星波束中發(fā)射的用戶信號，或者子波束。即，每一用戶收發(fā)器有其自身在用特有‘覆蓋’的或‘信道化’正交碼在前向鏈路上提供的正交信道。沃爾什函數(shù)通常用來實現(xiàn)信道化碼，對于地面系統(tǒng)，具有典型長度在64碼片的數(shù)量級，對于衛(wèi)星系統(tǒng)是128個碼片的數(shù)量級。該結(jié)構(gòu)中每一沃爾什函數(shù)64或128個碼片通常稱為沃爾什碼元。
CDMA信號處理中使用的基于PN碼調(diào)制技術(shù)使得能夠快速地鑒別相似頻譜的通信信號。如果路徑長度之差使相對傳播延遲超過PN碼片周期這使得跨越不同傳播路徑的信號能夠相互鑒別。如果采用的是比方說是約1．22MHz的PN碼片速率則擴展譜通信系統(tǒng)可以區(qū)別或鑒別路徑延遲或到達(dá)時間大于1微秒的信號或信號路徑差別。
寬帶CDMA技術(shù)使得能夠更容易地克服多徑衰落的問題，并且具有相當(dāng)高的信號增益。然而，還具有某種形式的信號分集，從而進一步減小通信系統(tǒng)中有相對用戶和衛(wèi)星或資源運動時與捕獲和解調(diào)信號相關(guān)的衰落的惡劣影響和其他的問題。這種運動以及大的距離使得在路徑長度中出現(xiàn)很大的動態(tài)變化。通常，在擴展譜通信系統(tǒng)中采用三種類型的分集，包括時間分集、頻率分集和空間分集。時間分集是可以用糾錯編碼或簡單重復(fù)和信號分量的時間交錯來獲得，而頻率分集的形式是通過在寬帶寬上對信號能量進行擴展來提供的?？臻g分集是用多個信號路徑通常是通過不同的天線或通信信號波束來提供的。
典型CDMA擴展譜通信系統(tǒng)考慮對前向鏈路用戶終端通信采用相干調(diào)制和解調(diào)技術(shù)。在采用該方法的通信系統(tǒng)，‘導(dǎo)頻’信號(或其他已知信號)可以用作匯接局或衛(wèi)星對用戶以及基站對用戶鏈路的相干相位基準(zhǔn)。即，通常不含有數(shù)據(jù)調(diào)制的導(dǎo)頻信號是由基站或匯接局在整個覆蓋區(qū)中發(fā)射的。單個的導(dǎo)頻通常是由每一個匯接局或基站對每一所使用的頻率(通常稱為CDMA信道、FDM信道或某些系統(tǒng)中的子波束)發(fā)射的。該導(dǎo)頻是由采用來自公共資源的CDMA信道的所有用戶所共享的。通常，每一扇區(qū)在衛(wèi)星系統(tǒng)在每一衛(wèi)星波束或頻率或子波束中轉(zhuǎn)發(fā)導(dǎo)頻信號時有其自己特有的導(dǎo)頻信號，而這些衛(wèi)星波束或頻率或子波束是由采用衛(wèi)星的匯接局發(fā)出的。這提供了可以相互區(qū)別以及區(qū)別不同的波束和小區(qū)并提供簡化的信號捕獲的信號。
導(dǎo)頻信號是由用戶終端用來獲得初始系統(tǒng)同步的，并且用來提供所發(fā)射的信號的健全時間、頻率和相位跟蹤以及信道增益基準(zhǔn)的。從導(dǎo)頻信號獲得的相位信息被用作通信系統(tǒng)或用戶信息信號相干解調(diào)的相位基準(zhǔn)。用于導(dǎo)頻信號通常是不包含數(shù)據(jù)調(diào)制的，它們通常是由被調(diào)制到載波頻率上去的PN擴展碼組成。有時，PN擴展碼稱為導(dǎo)頻碼序列。PN擴展碼通常是相互時移的，以獲得可鑒別的導(dǎo)頻信號。
導(dǎo)頻信號通常用來測定所接收的通信信號的相對信號或波束強度。在許多系統(tǒng)中，導(dǎo)頻信號通常還是在比典型的業(yè)務(wù)信號或其他的數(shù)據(jù)信號更高的功率水平下發(fā)送的，以提供一個更大的信噪比和干擾容限。該更高的功率電平還使得在用相對較寬的帶寬和更低成本的相位跟蹤電路提供很精確的導(dǎo)頻載波相位跟蹤時對導(dǎo)頻信號高速完成初始的捕獲搜尋。
作為建立通信鏈路過程的一部分，用戶終端采用稱為‘搜尋器接收機’或簡稱為‘搜尋器’的接收機，來在未知載波頻率偏移出現(xiàn)時使導(dǎo)頻相位和PN擴展碼定時同步。有幾種技術(shù)和裝置已被用來提供這種搜尋器功能。一種這樣的技術(shù)見美國專利5，109，390，其標(biāo)題是“CDMA蜂窩電話系統(tǒng)中的分集接收機(DiversityReceiver In A CDMA Cellular Telephone System)”，其授權(quán)日是1992年4月28日，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在此引述供參考。
與導(dǎo)頻捕獲／同步以及信號解調(diào)過程相關(guān)的一個問題是用戶捕獲導(dǎo)頻信號所需的時間量。更準(zhǔn)確地說，是捕獲產(chǎn)生導(dǎo)頻信號中所使用的PN擴展碼的用以解調(diào)其他通信信號的相位或定時。
在地面轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)(如陸基無線蜂窩電話服務(wù))中，采用相當(dāng)長的32，687個碼片的PN碼序列，它受控于每秒1．2288兆碼片(Mcps)數(shù)量級的碼片速率的時鐘控制。這一長度用來鑒別具有大量空間靠近的小區(qū)的系統(tǒng)中的信號。由于這樣的無線系統(tǒng)具有一致的強導(dǎo)頻信號，捕獲時間能保持較短的長度。即，采用健全的導(dǎo)頻信號，以及極少或沒有Doppler頻移或相似的效果，選擇和驗證正確相位或信號定時所需的時間仍然相當(dāng)短。然而，對于基于衛(wèi)星的系統(tǒng)，對頻率的Doppler效應(yīng)以及導(dǎo)頻信號功率和較低功率導(dǎo)頻信號一起變壞通常會產(chǎn)生捕獲和驗證導(dǎo)頻信號定時更長的時間。
所以，考慮到測試假設(shè)、驗證等所需的時間較長，人們已經(jīng)考慮了更短的PN擴展碼，以便大大縮短整個搜尋或捕獲的時間。在這種類型的通信環(huán)境中，人們已經(jīng)考慮了長度在1024個碼片數(shù)量級的PN碼，在上述碼片速率下，它產(chǎn)生約833微秒的編碼長度。許多系統(tǒng)將承載信息的信道分成許多的二進制位塊或“幀”，這些位在可以使用前需要進行幀同步。信息位準(zhǔn)確的含義或后續(xù)處理是幀中位置的函數(shù)(function)。這樣的數(shù)據(jù)幀其長度通常是20至80毫秒，這在與更短的PN碼一起工作時，在確定合適的幀定時中產(chǎn)生一些問題。短的PN碼其自身留下了許多未解決的幀定時的假設(shè)。正確的幀定時僅僅可以通過不同假設(shè)的嘗試和差錯來發(fā)現(xiàn)。幀定時中的這種不定性延遲了信息信道或信號的捕獲。
不幸的是，從匯接局到衛(wèi)星以及衛(wèi)星到用戶或收發(fā)器的信號轉(zhuǎn)發(fā)的路徑延遲還對縮短PN碼產(chǎn)生這樣一個主要的問題。所包含的距離，即使是在低地球軌道的情況下，也對信號產(chǎn)生顯著的路徑延遲，這是隨衛(wèi)星軌道的位置而變化很大的。這對不同的衛(wèi)星或信號源的信號時間偏移，相互明顯移動，從而相互具有偏移的信號開始對齊，這避免了正確信號的差異。即，信號是受7毫秒數(shù)量級的路徑延遲動態(tài)范圍影響的，這意味著它們在時間上不再是分開的，并且不再是能夠恰當(dāng)區(qū)分為是波束或信號源了。使PN擴展碼的長度稍稍增加的一個明顯的解決方案在信號捕獲中再引入了所不要求的時間延遲。
所以，我們需要的是一種使前向鏈路信號擴展的新技術(shù)，從而接收機仍然能夠捕獲用于在短時間間隔內(nèi)的信號解調(diào)的相位和波束標(biāo)識信息，并補償與衛(wèi)星相對于信號接收方移動相關(guān)的相當(dāng)高的信號延遲路徑和更低功率的導(dǎo)頻信號。
發(fā)明概述考慮到相對于捕獲和處理擴展譜通信系統(tǒng)中的通信信號技術(shù)中的上述和其他的問題，本發(fā)明的一個目的是改善信號的捕獲。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是它提供了將短PN序列用于信號捕獲，同時保持信號區(qū)分用于標(biāo)識，并改善對信息信道定時的同步。
本發(fā)明的這些和其他的目的、優(yōu)點和目的是在擴展譜通信系統(tǒng)中對信號進行擴展的方法和裝置中實現(xiàn)的，其中，數(shù)字信息信號是用預(yù)選的偽隨機噪聲(PN)擴展碼進行帶寬擴展的，用以產(chǎn)生擴展譜調(diào)制信號。典型的通信系統(tǒng)是一種采用多個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器從匯接局類型的基站接收通信信號并將它們轉(zhuǎn)發(fā)到一個或多個具有接收機的移動站或便攜站的無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)或電話系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)中的信息信號通常根據(jù)需要被從模擬形式轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，并且隨后在轉(zhuǎn)發(fā)到系統(tǒng)用戶前交錯并編碼，用于檢錯和糾錯。經(jīng)編碼的信號可以與一個或多個正交函數(shù)組合起來，以提供信息信號的信道化。
在一種較佳實施例中，第一個PN擴展碼是用預(yù)選的第一編碼長度和第一周期或周期性產(chǎn)生的。這一編碼稱為內(nèi)碼。產(chǎn)生的第二個PN編碼序列具有第二個預(yù)定的編碼長度，并且周期大大長于第一個的周期。該編碼稱為是一個外碼。PN編碼可以分別用第一個和第二個PN發(fā)生器來產(chǎn)生。在某些系統(tǒng)中，PN編碼發(fā)生裝置或電路在產(chǎn)生某些編碼或序列時是可以時間共享的。第二PN碼或編碼發(fā)生器的更新或生成速率或“碼片速率”顯著低于第一個的更新或生成速率。
通常，第一PN擴展碼被輸入到第一擴展裝置或元件，用來對要傳送的信息信號進行擴展，從而產(chǎn)生第一擴展譜信號。所產(chǎn)生的第一擴展譜信號被輸入到第二擴展元件，在此與第二PN碼序列組合，產(chǎn)生第二擴展譜信號。通常，采用乘法器在每一步驟處將PN碼和信號組合起來。所產(chǎn)生的擴展譜信號可以被轉(zhuǎn)發(fā)到發(fā)送電路用于調(diào)制到載波信號上，隨后由通信系統(tǒng)傳送到一個或多個系統(tǒng)用戶。
然而，在本發(fā)明的進一步的方面中，第二PN碼首先與信息信號組合，隨后用第一PN碼對合成信號進行擴展。也可以將兩個編碼組合起來，產(chǎn)生一個特有的擴展碼，該特有的擴展碼基本上是一個經(jīng)外碼修改的內(nèi)碼，隨后用來對信息信號進行擴展。
在一種典型的擴展譜系統(tǒng)中，信息信號被等同地應(yīng)用于同相信道和正交相信道，并且第一擴展元件采用PN碼發(fā)生器，用第一多項式函數(shù)產(chǎn)生一個同相的PN碼片用于第一信道，采用第二PN碼發(fā)生器，用第二個不同的多項式函數(shù)產(chǎn)生用于其他信道的正交相PN碼片。第二擴展元件采用第三PN編碼發(fā)生器，用另一個多項式函數(shù)產(chǎn)生第三PN碼片。
整個第一PN擴展碼周期等于用于第二PN碼的一個碼片周期，并且使PN碼的各個周期在同一時間開始時同步。例如，這些編碼可以作為m個序列的PN碼的預(yù)選部分，或增加長度的最大長度的線性序列PN碼。更長的總編碼周期PN碼或編碼序列形成一個‘外’碼，對于該外碼，系統(tǒng)定時更容易捕獲，同時，更短周期的PN擴展碼形成一‘內(nèi)’碼，以保持信號非干擾的要求的電平。整個效果是提供了一種改進的信號識別和與信號定時的同步，同時保持合理的快速信號捕獲。
采用長度是1024的第一PN碼時，用于本發(fā)明第二PN碼的編碼序列是288個碼片長，并具有以序列或集合-1-1 1-1 1-1-1 1 1-1-1-1 1-1 1 1-1-1-1-1-1 1-11開始并以全1結(jié)束的碼片值。有用編碼也可以是-1-1-1 1 1-1 1-1-1 1-1 1 1 1-11 1 1-1-1-1-1-1-1-1-1-1 1 1 1…1。另一個有用的編碼是用特征多項式Q(z)=1+z3+z4+z6+z9產(chǎn)生的，并且然后采用288個碼片序列。
在本發(fā)明的另一些方面中，擴展元件可以通過將預(yù)選的PN碼存儲在數(shù)據(jù)存儲裝置中或存儲元件如ROM或RAM電路中來實現(xiàn)。隨后檢索并提供這些編碼作為乘法器的輸入，乘法器也接收相應(yīng)的信息或擴展信號作為輸入。
第二PN碼也可以另外編碼，通過使檢索的編碼通過一個碼片延遲元件并輸入到也接收沒有延遲的編碼的另一個乘法器，來減少相位相干的要求。乘法器在延遲的PN碼和非延遲的PN碼之間形成一個乘積，并提供該乘積作為不同編碼的輸出。另外，數(shù)據(jù)存儲可以含有不同編碼形式的第二PN碼序列。
在通信系統(tǒng)的接收側(cè)，這種多層擴展譜通信信號的定時是用首先在其中將通信信號解調(diào)以去掉載波并且隨后進行去擴展的接收機來捕獲的。去擴展器或去擴展裝置將接收的擴展譜信號與第二或內(nèi)PN擴展碼組合，產(chǎn)生第一級或中間的去擴展信號。采用累加器在第二PN碼的周期上或第一編碼的碼片周期上將該去擴展的信號累加，并區(qū)別地檢測順序累加信號之間的相移，或?qū)奂有盘栠M行譯碼。檢測的信號經(jīng)過一個匹配濾波過程，并將結(jié)果與預(yù)選的閾值比較。另外，比較中所采用的閾值是可以通過在第一PN編碼周期上確定被檢測的信號的幅度的平均值來預(yù)選或產(chǎn)生。該值是可以恰當(dāng)取比例的。
附圖簡述在參照附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明以后，讀者將會更清楚地了解本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點，其中，相同的參考字符表示相同的元件。


圖1是典型的無線通信系統(tǒng)的示意圖；圖2是匯接局發(fā)送階段的方框圖；圖3描繪的是圖2所示發(fā)送階段的發(fā)送調(diào)制器；圖4a和4b是圖3所示發(fā)送調(diào)制器的雙階段PN擴展部分，它是按照本發(fā)明的原理構(gòu)成和工作的；圖5繪出的是典型的相對內(nèi)、外PN擴展碼和PN標(biāo)識符碼時序；圖6是一個用戶終端接收機；圖7是圖6所示雙電平PN碼相關(guān)器和信號捕獲電路；圖8是給定的匹配濾波器和采用較長碼的編碼組合之間積分(integrated)能量中的相對差異；圖9描繪的是建議編碼的典型時序關(guān)系；
圖10描繪的是圖7或11所示捕獲電路中使用的典型編碼發(fā)生器；圖11是另一種雙層PN碼相關(guān)器和信號捕獲電路的圖；以及圖12是圖11所示捕獲電路中使用的典型塊相關(guān)器。
較佳實施例的詳細(xì)描述本發(fā)明提供了一種新的擴展技術(shù)或?qū)U展譜通信系統(tǒng)中的信息信號進行擴展譜調(diào)制的新技術(shù)。該標(biāo)識用來測量時間延遲，和確定相互間軟切換和定位操作的信號時序。本發(fā)明的技術(shù)去掉了現(xiàn)有技術(shù)中解調(diào)和處理用戶終端接收的每一波束的要求以便恰當(dāng)識別波束或其來源。
這是通過將第一PN擴展碼或碼集以及第二PN編碼序列或函數(shù)應(yīng)用于所要求的信息擴展信號來完成的。第二PN碼序列是與第一PN擴展碼同步的，但采用比第一PN序列中更長的碼片周期。即，第二PN碼被時鐘鎖定在與第一個相關(guān)的速率下，從而第二PN碼的每一個編碼片在第一編碼或編碼碼元的整個周期上延伸。第二PN碼形成一個‘外’碼，該外碼改進了信號源(這里是波束)的識別，并使信號的捕獲更容易。第一個PN碼形成一個‘內(nèi)’擴展碼，它提供了要求的信號隔離和區(qū)分的電平，并避免了射束相互間的干擾。外碼可以被看成是重疊在第一個上，或者被看成是產(chǎn)生“分層的”PN碼。另外，內(nèi)碼和外碼相互作用，形成一種保持所需寬帶擴展函數(shù)同時提供在快速信號捕獲和切換中使用的健全的波束或信號源識別的新型的擴展函數(shù)或編碼。
典型的其中采用本發(fā)明的無線通信系統(tǒng)如無線電話系統(tǒng)如圖1所示。圖1中所示的通信系統(tǒng)10采用擴展譜調(diào)制技術(shù)在遠(yuǎn)端或移動用戶終端與系統(tǒng)匯接局或基站之間進行通信。在圖1中所示的一部分通信系統(tǒng)中，一個基站12和兩個衛(wèi)星14和16以及兩個相關(guān)的匯接局或樞紐(hub)24和26用來實現(xiàn)與兩個移動站或用戶終端20和22或其他站進行通信。本發(fā)明還可以用于基于衛(wèi)星或地面的通信系統(tǒng)，正如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員所知道的那樣。
移動站或用戶終端20和22中的每一個具有或包含一個無線通信裝置，如(但不局限于)蜂窩電話、數(shù)據(jù)收發(fā)器或轉(zhuǎn)發(fā)裝置(如計算機，個人數(shù)據(jù)助手、傳真機)或?qū)ず艋蚨ㄎ唤邮諜C。通常，這種單元或者是手提的，或者是車載的，視不同情況而定。這里，用戶終端22被繪成是一種便攜式手提電話。盡管這些用戶終端的討論是針對移動單元的，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的原理也可以應(yīng)用于固定單元，或其他類型要求遠(yuǎn)端無線服務(wù)的終端。后一種類型的服務(wù)尤其適合于世界上許多遠(yuǎn)端區(qū)域中用衛(wèi)星建立通信鏈路的情況。另外，無線服務(wù)可以用于結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域以及‘開放式’場合。
本例中人們注意到，衛(wèi)星14和16提供了多個‘場點’中的波束，這些波束用來覆蓋通常是分開的非重疊的地理區(qū)域。通常，不同頻率處的多個波束也稱作CDMA信道或‘子波束’，或FDMA信號、頻率間隙(slot)或信道，可以被引向重疊于相同的區(qū)域。然而，應(yīng)當(dāng)理解，不同衛(wèi)星的波束覆蓋區(qū)或服務(wù)區(qū)，或者地面區(qū)站的天線圖形根據(jù)通信系統(tǒng)設(shè)計和所提供的服務(wù)的類型，可以在一個給定的區(qū)域中完全或部分。在這些通信區(qū)域或裝置之間還可以實現(xiàn)空間分集。例如，每一個可以在不同頻率處向具有不同性能的用戶組提供服務(wù)，或者，給定的用戶終端可以用多個頻率和／或多個服務(wù)提供者，每一個具有重疊的地理覆蓋區(qū)。
圖1中，繪出了一些在用戶終端20和22和基站12之間或通過衛(wèi)星14和16與一個或多個匯接局或中央樞紐24和26建立起通信的可能的信號路徑。圖中分別繪出了基站12和用戶終端20和22之間通信鏈路的基站-用戶部分。分別繪出了匯接局24和26與用戶終端20和22通過衛(wèi)星14用線段34和36表示的通信鏈路的衛(wèi)星-用戶部分。分別繪出了匯接局24和26與用戶終端20和22通過衛(wèi)星16之間建立起的用線段38和40表示的通信鏈路的衛(wèi)星一用戶部分。這些通信鏈路的匯接局一衛(wèi)星部分是用線段42、44、46和48表示的。這些線段上的箭頭表示每一通信(或者是前向的或者是反向的)典型的信號方向，并且是僅為清楚起見而描繪的，并不表示實際的信號圖形或物理限制。
如圖1所示，通信系統(tǒng)10通常采用系統(tǒng)控制器和交換機網(wǎng)28(也稱為移動電話交換局MTSO)來與基站進行通信。MTSO 28通常包括對匯接局或基站進行系統(tǒng)寬控制并且控制公共交換電話網(wǎng)(PSTN)和基站以及用戶終端之間的電話呼叫路由選擇的接口和處理電路。匯接局通常直接與PSTN接口連接，并且不需要使用MTSO用于該功能。通常，也可以將諸如也與衛(wèi)星通信的地面操作命令和控制中心(GOCC)之類的其他控制和命令中心與匯接局或基站相連，以提供包括PN和正交功能碼分配的某些操作上的系統(tǒng)寬控制。用已知的技術(shù)，如(但不局限于)專用電話線、光纖鏈路或微波或?qū)Ｓ眯l(wèi)星通信鏈路，可以建立起將GOCC或MTSO 28與各種系統(tǒng)匯接局或基站耦合起來的通信鏈路。
盡管圖1中只繪出了兩個衛(wèi)星，但通信系統(tǒng)通常采用穿過不同的軌道平面的多個衛(wèi)星14和16。人們已經(jīng)建議將各種多衛(wèi)星通信系統(tǒng)用于采用數(shù)量級在48或更多個衛(wèi)星的典型系統(tǒng)，這些衛(wèi)星在低地軌道(LEO)上的8個不同軌道平面上為大量的用戶終端服務(wù)。然而，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員已經(jīng)知道如何將本發(fā)明的原理應(yīng)用于各種衛(wèi)星系統(tǒng)和匯接局結(jié)構(gòu)，包括其他的軌道距離和星座。
本領(lǐng)域中，術(shù)語基站和匯接局有時是可以互換的。匯接局被看作是專門化的基站，它指揮通過衛(wèi)星的通信，并且具有多種‘功能’，采用相關(guān)的設(shè)備，保持通過移動中繼元件或轉(zhuǎn)發(fā)器的通信鏈路。而基站采用地面天線指揮周圍地域內(nèi)的通信。中央控制中心通常還具有多種在與匯接局和衛(wèi)星接口連接時執(zhí)行的功能。用戶終端有時也稱為是用戶單元、移動單元或移動站，或者根據(jù)喜好，簡稱為某些通信系統(tǒng)中的“用戶”、“移動用戶”或“使用者”。
如上面討論那樣，每一基站或匯接局發(fā)送一個‘導(dǎo)頻載波’信號遍及一個覆蓋區(qū)。對于衛(wèi)星系統(tǒng)來說，該信號是在每一衛(wèi)星‘波束’中轉(zhuǎn)發(fā)的，并且是用衛(wèi)星所服務(wù)的匯接局發(fā)出的。單個的導(dǎo)頻通常是由每一個匯接局或基站在每一衛(wèi)星對用戶的波束頻率(子射束)處發(fā)射的。該導(dǎo)頻信號由在該波束上接收信號的所有用戶共享。該技術(shù)使得許多業(yè)務(wù)信道或用戶信號載波能夠共享載波相位基準(zhǔn)的公共導(dǎo)頻信號。
導(dǎo)頻信號通常在整個通信系統(tǒng)中采用相同的PN擴展碼對或碼集，但具有不同的用于每一波束、小區(qū)或扇區(qū)的相對編碼定時偏移。在給定的衛(wèi)星點中，每一波束有一個導(dǎo)頻，該導(dǎo)頻的PN碼是與相鄰波束的導(dǎo)頻時間偏移的。在給定波束覆蓋區(qū)或小區(qū)中工作的用戶終端享有單個的PN擴展碼相位，而不同的波束采用基本PN擴展碼序列的不同時間偏移。這提供了信號隔離或減少了干擾，并使得射束能夠相互鑒別開來。采用一個導(dǎo)頻信號碼序列使得用戶終端能夠找到在所有導(dǎo)頻信號碼相位上與單個的搜尋的系統(tǒng)定時同步。在某些匯接局或基站之間也可以采用不同的PN擴展碼(生成多項式)。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，不同的PN碼集可以被分配用于每一軌道平面內(nèi)。每一通信系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定按照本領(lǐng)域中人們都懂得的因素的系統(tǒng)中的PN擴展碼和定時偏移的分布。
每一PN序列是由一系列的在比正被擴展的基帶通信信號高得多的頻率處，在預(yù)選的PN碼周期上出現(xiàn)的‘碼片’組成。典型的碼片頻率或碼片(chipping)速率約為1．2288 KHz，PN碼序列長度或周期為1024個碼片。然而，諸如前面所討論的那樣，該編碼長度可以被調(diào)整，以增加編碼分離，或降低搜尋次數(shù)，正象本領(lǐng)域中的技術(shù)人員所知道的那樣，也與按照本領(lǐng)域中所知道的因素的每一通信系統(tǒng)設(shè)計中所規(guī)定的那樣。這些序列的典型發(fā)生電路見美國專利5，228，054中所揭示的，其標(biāo)題是“Power of Two Length Pseudo-Noise Sequence Generator WithFast Offset Adjustments”，其授權(quán)日為1993年7月13日，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在此引述供參考。
圖2中繪出了用來實現(xiàn)CDMA通信系統(tǒng)的基站或匯接局裝置的傳輸段或部分的典型設(shè)計。在典型的匯接局中，幾個這樣的傳輸段或系統(tǒng)用來向許多用戶終端在某一時間里提供服務(wù)，并且在任一時間里用于幾個衛(wèi)星和波束。匯接局所使用的傳輸段的數(shù)量是由本領(lǐng)域中眾所周知的因素決定的，包括系統(tǒng)的復(fù)雜程度、視線中的衛(wèi)星數(shù)、用戶容量、所選擇的分集程度等等。每一通信系統(tǒng)設(shè)計還規(guī)定在轉(zhuǎn)發(fā)信號時使用的用于傳輸段的天線數(shù)。
圖2中還示出了通信系統(tǒng)中從MTSO或從其他的信號混合器發(fā)出的信號被耦合到合適的發(fā)射調(diào)制器中，用一條數(shù)字鏈路50傳送到接收用戶。用來構(gòu)筑數(shù)字鏈路50的電路是人們所熟知的，并且通常包含各種已知的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)交換和存儲元件。數(shù)字鏈路50通常還包括模一數(shù)轉(zhuǎn)換電路或元件，用以準(zhǔn)備信息信號作數(shù)字傳輸處理。發(fā)送調(diào)制器52對數(shù)據(jù)或信息信號進行擴展譜調(diào)制，用于傳送到所要求的接收用戶終端，并將合成信號提供到發(fā)射功率控制器／放大器54，控制輸出信號所使用的發(fā)射功率的最終量。典型發(fā)射調(diào)制器52的結(jié)構(gòu)和運行的進一步的細(xì)節(jié)見美國專利5，103，459，其標(biāo)題是“在CDMA蜂窩電話中產(chǎn)生信號波形的系統(tǒng)和方法(System and Method for Generating Signal Waveforms in a CDMA CellularTelephone)”，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在此引述供參考。
功率控制器／放大器54的輸出與匯接局中使用的其他發(fā)射功率控制和放大電路的輸出相加。這些是用于相同傳輸頻率上和相同波束內(nèi)的其他用戶終端的放大信號。這一和是在眾所周知的信號加和元件或裝置56中完成或用該元件或裝置56來完成的。信號加法器56的輸出被提供到模擬發(fā)射器58，用來轉(zhuǎn)換成合適的載波頻率，并進一步放大，輸出到一個或多個天線，通過衛(wèi)星輻射到用戶終端。控制處理器60在將信號與其他信號相加和輸出到天線之前，控制導(dǎo)頻、同步信道和尋呼信道信號的功率和產(chǎn)生以及它們與功率控制器／放大器54的耦合。
在信息信號被轉(zhuǎn)發(fā)到系統(tǒng)用戶或使用者之前，必須首先使信息信號數(shù)字化，并且根據(jù)需要編碼和交錯，以產(chǎn)生基本的數(shù)字通信信號。用于特定用戶的信號還由分配給該用戶的前向鏈路的正交擴展函數(shù)或編碼序列調(diào)制。即，用特有的覆蓋正交碼，通常是沃爾什碼，來區(qū)別小區(qū)或波束中不同的用戶或使用者信號。對給定載波頻率前向鏈路上的編碼產(chǎn)生用戶信號，也稱為信道。這種正交擴展函數(shù)有時也稱為是信道化碼，并且通常是在最終PN擴展操作之前應(yīng)用的，盡管它們是首先是與PN擴展碼組合起來，并且隨后是在單個的覆蓋／擴展步驟中應(yīng)用的。
用來實現(xiàn)發(fā)射調(diào)制器52的典型的信號調(diào)制器設(shè)計的進一步的細(xì)節(jié)見圖3所示。圖3中，調(diào)制器52包括一個編碼器70和一個交錯器72，用重復(fù)(repetition)對數(shù)據(jù)碼元進行編碼，例如通過卷積編碼，和交錯，以便提供檢錯和糾錯功能。卷積編碼、重復(fù)和交錯技術(shù)在本領(lǐng)域中是眾所周知的，這與準(zhǔn)備數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用于傳輸?shù)钠渌夹g(shù)一樣。本發(fā)明的原理并非僅限于在擴展之前準(zhǔn)備數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的方法。來自交錯器72的數(shù)據(jù)碼元隨后用編碼發(fā)生器74所提供的所分配的正交碼(這里是沃爾什碼)進行正交編碼或覆蓋。來自發(fā)生器74的編碼用一個或多個邏輯元件76與碼元數(shù)據(jù)相乘或組合。正交碼的碼片速率以及經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)是由本領(lǐng)域中的技術(shù)人員所熟知的因素決定的。
在用沃爾什碼覆蓋之前或之后，經(jīng)交錯的數(shù)據(jù)還可以在串聯(lián)與乘法器76的輸入或輸出相串聯(lián)的第二邏輯元件78中，與二進制PNu序列相乘。這一序列是由PN碼發(fā)生器80提供的，并且與每一用戶終端產(chǎn)生或用于每一用戶終端的特有的PN序列對應(yīng)。編碼發(fā)生器80可以用各種已知的元件構(gòu)成，用于這一用途。用戶終端地址或用戶標(biāo)識(ID)可以用來提供附加因素，用于區(qū)別系統(tǒng)用戶。也可以是，根據(jù)需要，采用數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES)和用戶特有的密鑰的應(yīng)用加密器，來取代PN發(fā)生器80。PNU碼通常是一個在高碼片速率下產(chǎn)生的很長的編碼，并且隨后經(jīng)抽取，提供一個較低的速率如19，200 kbps。當(dāng)采用二進制‘0’和‘1’構(gòu)成正交和PNU碼中的碼片時，乘法器可以用邏輯元件如異或門來構(gòu)成。
發(fā)射調(diào)制器電路還包括兩個PN發(fā)生器82和84，它們產(chǎn)生兩個不同的PNI和PNQ擴展碼，分別用于同相(I)和正交相(Q)信道。這些發(fā)生器可以是用合適的接口元件在幾個發(fā)射器之間時間共享的。用于這些序列的典型的發(fā)生電路見美國專利5，228，054，其標(biāo)題是“采用快速偏移調(diào)整的2的冪次長度偽噪聲序列發(fā)生器(Powerof Two Length Pseudo-Noise Sequence Generator With Fast OffsetAdjustments)”，該專利的授權(quán)日是1993年7月13日，已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在此引述供參考。PN碼也可以預(yù)先存儲在存儲器元件如ROM或RAM電路中，如采用查詢表的形式，具有自動索引或?qū)ぶ返墓δ?。這些PN擴展碼在某些應(yīng)用中也可以是90°相位偏移的相同編碼。
PN發(fā)生器82和84還響應(yīng)于至少一個輸入信號，該輸入信號對應(yīng)于來自控制處理器的射束或小區(qū)標(biāo)識信號，根據(jù)需要，控制處理器提供預(yù)定的時間延遲或偏移，用于PN擴展碼的輸出。盡管圖中僅繪出了兩個PN發(fā)生器，用來產(chǎn)生PNI和PNQ擴展碼，但應(yīng)當(dāng)理解，也可以采用采用更多或更少的發(fā)生器來實現(xiàn)許多其他的PN發(fā)生器。
用一對邏輯元件或乘法器86和88，將從乘法器76輸出的正交編碼的碼元數(shù)據(jù)與PNI和PNQ擴展碼相乘。同一數(shù)據(jù)被輸入到兩個乘法器，并用單個的編碼組合或用該編碼調(diào)制。合成的信號隨后被轉(zhuǎn)發(fā)到合適的功率控制和放大電路、發(fā)射功率控制器54和模擬發(fā)射器58。合成的PN擴展和正交編碼的輸出信號隨后通常經(jīng)過帶通濾波，并通常通過雙向調(diào)制加到單個的通信信號上的正交對的正弦函數(shù)而調(diào)制到射頻(RF)載波上。然而，很清楚，在本發(fā)明的原理內(nèi)，也可以采用其他類型的調(diào)制。
合成信號在與其他的前向鏈路信號相加和由用于匯接局的天線輻射之前，經(jīng)過進一步的放大和濾波。濾波、放大和調(diào)制操作在本領(lǐng)域中是眾所周知的。人們知道，在形成發(fā)射信號時，其他的實施例可以改變某些操作的次序。這種類型的傳輸裝置運行的進一步的細(xì)節(jié)見上述美國專利5，103，459。
除了沒有要處理的編碼或交錯數(shù)據(jù)以外，上述裝置和過程也用來產(chǎn)生導(dǎo)頻信號。相反，恒定電平的信號被特有的編碼覆蓋，并且隨后用邏輯元件86和88擴展。只要需要，呈重復(fù)或未變碼型或不變幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)也可以被用來形成導(dǎo)頻信號。即，用來形成導(dǎo)頻信號信道的正交函數(shù)通常具有一恒定值，如全‘1’或全‘0’，或一種已知的重復(fù)碼型，如‘1’和‘0’相間的結(jié)構(gòu)碼型。另外，碼型也可以是通或斷選通的，或者是與如來自數(shù)據(jù)信道的數(shù)據(jù)多路復(fù)用的。導(dǎo)頻信號通常還在由發(fā)射功率控制器54和模擬發(fā)射機58處理時具有多個功率，以確保即使在波束邊緣接收時具有合適的能量，盡管這是不要求的。在被調(diào)制到RF載波上以后，根據(jù)需要，該導(dǎo)頻信號被轉(zhuǎn)發(fā)到由匯接局服務(wù)的每一波束或CDMA信道中。
盡管上述技術(shù)提供了一種所需電平的PN擴展用于地面蜂窩或無線系統(tǒng)，但如上面討論的那樣，在用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器實現(xiàn)時具有某些缺點。當(dāng)用在衛(wèi)星或某些更復(fù)雜的地面用途時，通常所使用的PN擴展碼太長，使得在捕獲信號時不夠快。然而，當(dāng)用在上面討論的更長的信號延遲或具有更低功率或衰耗的導(dǎo)頻信號時，與通常期望的基于衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器一樣，短的PN擴展碼沒有提供實際上的不同。即，與更低功率的導(dǎo)頻信號或各種信號路徑延遲相關(guān)的其他的問題會在短PN碼的信號捕獲中增加不確定性，這又反過來增加了捕獲的時間。所以，采用更短的PN碼沒有能證明采用當(dāng)代基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)設(shè)計時是實際的。
采用多級或‘分層’的PN擴展技術(shù)，本發(fā)明克服了與采用長或相對短的PN擴展碼相關(guān)的問題。從另一個角度來看，本發(fā)明通過將PN擴展碼和一個特有的標(biāo)識符或外PN碼序列組合，產(chǎn)生了一個新的高度專門化的或健全的擴展碼。該新的擴展碼基本上增加了擴展碼的時間量程，而沒有增加捕獲的次數(shù)。這一新的擴展技術(shù)改進了在擴展譜通信系統(tǒng)中用戶終端接收和解調(diào)通信信號的方式，以可靠方式降低了信號捕獲的時間。
用本發(fā)明構(gòu)成CDMA通信系統(tǒng)的擴展裝置的典型實施例見圖4a和4b所示。在圖4a所示的擴展器中，與以前一樣，由信號混合器或乘法器86和88，接收先前編碼、交錯和正交覆蓋的數(shù)據(jù)或信息信號。在這一點上，與以前一樣，采用來自內(nèi)碼發(fā)生器82和84的主或‘內(nèi)’PN擴展碼PNI和PNQ。這產(chǎn)生I信道和Q信道擴展譜通信信號。這些信號可以被看作是用PNI和PNQ擴展碼在第一級或?qū)由蠑U展或調(diào)制的。然而，不是與以前一樣的將合成的擴展信號轉(zhuǎn)發(fā)到發(fā)射功率擴展器和模擬發(fā)射元件，而是要經(jīng)過第二級的PN擴展。
如圖4a所示，至少提供一個附加的PN碼發(fā)生器90，它產(chǎn)生一個PN碼，該碼是與PNI和PNQ擴展碼的定時同步但具有更長的周期。該碼可以用已知的如上述討論的裝置來產(chǎn)生，或者可以預(yù)存儲在存儲元件中用于在信號處理期間檢索用。
如上所述，典型的內(nèi)PN碼是數(shù)量級在1024的碼片，或者長度更長，并在約833微秒的時間區(qū)間或編碼周期上在數(shù)量級在1．2288Mcps(兆／百萬碼片-每秒)的速率下應(yīng)用。新的外PN碼長度在255到288個碼片的數(shù)量級上，并在約240毫秒的時間區(qū)間或編碼周期上，在數(shù)量級在1200cps更慢的速率下應(yīng)用。上述典型實施例采用288個碼片，這僅是為描述的方便，盡管其他的編碼長度(按照碼片的個數(shù))也在本發(fā)明的原理范圍內(nèi)。這簡單地要求外碼序列具有比內(nèi)PN擴展碼長得多的編碼周期。
用于新的外PN碼的序列可以是任何合理的偽隨機二進制序列。對于288個碼片長度的例子，是不能使用全m-序列(2m-1)的，但可以采用一部分更長的m-序列，有時也稱為“斬斷”序列。最好采用在頻譜上是白色的序列，以便由用戶使外PN定時的捕獲時間為最小，但這不是實現(xiàn)本發(fā)明的目的所必須的。外碼通常是“實數(shù)”碼，而內(nèi)碼是“復(fù)數(shù)”碼。
正象本領(lǐng)域中的技術(shù)人員所知道的那樣，編碼的長度是相對于特定通信系統(tǒng)的某種定時關(guān)系而選擇的，并且是根據(jù)相關(guān)器和其他信號捕獲裝置的硬件限制而選擇的。即，編碼片長度或周期是根據(jù)其他因素中的相關(guān)器限制而選擇的，但整個編碼長度是相對于解決路徑延遲和幀定時的模糊性所需的時間長度而選擇的。本例中，單個的外PN碼片中含有一個內(nèi)擴展碼周期(編碼長度)。外PN擴展碼調(diào)制內(nèi)PN序列(導(dǎo)頻信號)或數(shù)據(jù)和沃爾什碼元(業(yè)務(wù)信號)，以產(chǎn)生所使用的最終擴展序列。
隨后，外PN擴展碼與組合器86和88的輸出組合。盡管這一組合可以是直接發(fā)生的，例如通過相乘，但可以用差分(differential)編碼方案，在更大的頻率偏移范圍內(nèi)實現(xiàn)改進的性能和操作。差分編碼減小了對約兩個外PN碼片周期的相位相干性要求。所以，在該較佳實施例中，從PN碼發(fā)生器90輸出的外碼首先用乘法器92和延遲元件94進行差分編碼。提供的外PN碼作為乘法器92的一個輸入，它接收來自延遲元件94的第二輸入，該延遲元件有一個輸入與乘法器92的輸出是相連的。正如外PN碼片速率所決定的那樣，用于元件94所產(chǎn)生的延遲的值是一個碼片周期。該環(huán)路返回結(jié)構(gòu)形成在時刻k時外PN碼中每一個碼片與時刻k-1(即一個碼片延遲)時前一個碼片之間的乘積。這給出了一個編碼PN序列，它用作附加的NRZ(±1)類型的覆蓋。在一種實施例中，‘0’值可以用來對第一個碼片進行編碼，這是因為沒有更早的碼片。
盡管上文中已經(jīng)描述了第一級(order)差或差分編碼，但本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會理解，也可以采用除上述單一級別以外的其他延遲和更高級的差分。然而，這要求在信道中具有更長的相干時間，并且在許多系統(tǒng)中這不是個優(yōu)點的。在某些應(yīng)用場合，不僅可以使用第一級差分方法，而且還可以使用第二級差分方法。例如，象DDPSK的方案可以要求較小的相干性。所以，這可以被擴展成包括相干的、差分和第二級差分檢測。然而對于某些應(yīng)用場合，第一和第二級差分也許就足夠了。
差分編碼的PN序列從乘法器92轉(zhuǎn)移到兩個乘法器96和98中的每一個。乘法器96和98中的每一個接收編碼的PN序列作為一個輸入，和PNI或PQQ擴展信息信號中的一個，分別作為一個第二輸入。這些信號隨后相乘，由差分編碼的外PN序列對PNI或PNQ信號進行擴展。這產(chǎn)生由用于I和Q信道由內(nèi)、外PN碼擴展的擴展譜調(diào)制信號。這些調(diào)制信號中的每一個可以通過兩個基帶FIR濾波器100A和100B中的一個轉(zhuǎn)發(fā)，去掉由多次擴展或其他的操作所產(chǎn)生的不要求的信號分量。
在圖4b所示的擴展器中，與以前一樣，由信號組合器或乘法器86和88，接收先前編碼、交錯和正交覆蓋的數(shù)據(jù)或信息信號。然而，主要的或‘內(nèi)’PN擴展碼PNI和PNQ被用于兩個乘法器96’和98’中的每一個。乘法器96’和98’中的每一個接收經(jīng)編碼的外PN序列作為一個輸入，和一個內(nèi)PN碼作為分別來自內(nèi)碼發(fā)生器82和84的第二輸入。兩個編碼的組合或乘積隨后用作乘法器86和88的輸入。就象虛線元件90’所表示的那樣，可以在沒有經(jīng)差分處理的情況下，使用外PN碼。
外和內(nèi)PN擴展碼與經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)碼元之間的關(guān)系如圖5中進一步詳細(xì)所示。本例中，被覆蓋的數(shù)據(jù)碼元被構(gòu)筑成具有128個碼片長，并且在1．2288Mcps的擴展碼速率下被時鐘鎖定在該系統(tǒng)上。這與長度為128個信道碼是相當(dāng)?shù)?，但也可以根?jù)需要，采用其他的長度，如64。這產(chǎn)生每一內(nèi)PN擴展碼周期(1024個碼片)有8個編碼碼元(每一個有128個碼片)。
外PN碼(碼片)在整個內(nèi)PN碼周期中保持恒定，即，一個恒定值的外PN碼片覆蓋1024個內(nèi)PN碼片的周期。所以，通過恰當(dāng)?shù)赝交褜?，用戶終端可以首先得到內(nèi)PN碼定時，并且隨后解決外PN碼定時，以實現(xiàn)所要求的定時控制。然而，為了使用該方法，用戶終端應(yīng)當(dāng)知道或能夠在出現(xiàn)外PN碼片邊界時進行恰當(dāng)?shù)慕?。該信息用來防止用戶終端接收器在跨越邊界處對信號能量的積分，而該積分將導(dǎo)致或給出不準(zhǔn)確的定時結(jié)果。所以，如圖5所示，用已知的系統(tǒng)定時，使外PN碼片邊界對齊，而出現(xiàn)在內(nèi)PN碼周期邊界處。
在匯接局已經(jīng)準(zhǔn)備了擴展譜通信信號并且隨后通過衛(wèi)星將它們傳送出去以后，它們必須由各個用戶終端接收，并確定合適的信號定時。采用上面所討論的PN編碼技術(shù)來接收、去擴展和檢測或譯碼通信信號的用戶終端接收機部分的一部分如圖6中所示。圖6中所示的用戶終端可以留駐在如無線通信裝置中，如(但不局限于)便攜式或移動蜂窩電話或衛(wèi)星電話。
圖6中所示的接收機部分采用至少一幅天線102來接收通信信號，和將通信信號轉(zhuǎn)發(fā)到模擬接收機或接收機系統(tǒng)104。接收的通信信號在模擬接收機104中下變頻，并且在變換成合適的IF或基帶頻率之前被放大，并經(jīng)過濾波和進一步放大。產(chǎn)生的放大信號隨后在合適的時鐘速率下數(shù)字化，并輸出到至少一個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機106A和至少一個搜尋器接收機108。這些輸出是為清楚起見而組合的，并且是組合成同相和正交相信道信號的，但通常是成分立I和Q信道的形式。
附加數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機106B-106N用來得到信號分集，并且對某些系統(tǒng)設(shè)計上是任選的。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將會認(rèn)識到?jīng)Q定所采用的數(shù)字接收機數(shù)量的因素，如典型的分集性的水平、復(fù)雜程度、制造的可靠性、成本等，這些是用來提供用于該數(shù)量的初步選擇的。搜尋器接收機的數(shù)量可以超過一個，并且也是取決于通信系統(tǒng)的復(fù)雜性、所搜尋的信道數(shù)、所要求的信號捕獲速率、定時限制等的，這是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員所理解的。
用戶終端還包括至少一個控制處理器110，該處理器110與搜尋器接收機108一起與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機106A-106N耦合。除了其他的功能以外，控制處理器110通常提供基本的信號處理定時、功率和切換控制或協(xié)調(diào)、分集、分集組合功能，和用于信號載波的頻率選擇?？刂铺幚砥?10經(jīng)常執(zhí)行的另一個基本控制功能是偽隨機(PN)碼序列或正交功能或用作信號傳送和接收處理的一部分的編碼序列的選擇和運算。這可以包括用來捕獲各種信號所使用的相位或PN碼定時偏移。
數(shù)據(jù)接收機106A-106N的輸出與分集組合器和譯碼器112耦合，在處理器110的控制下，向數(shù)字基帶電路114提供一個輸出?；鶐щ娐钒脕硗涤趩卧脩糸g轉(zhuǎn)發(fā)信息的用戶終端中其余的處理和顯示元件。即，信號或數(shù)據(jù)存儲元件，如臨時的或長期的數(shù)字存儲器；輸入和輸出裝置，如LCD或視頻顯示屏、揚聲器、鍵盤終端和手機；A／D元件、聲碼器和其他的話音和模擬信號處理元件；所有這些都形成用戶基帶電路的一部分，它們所采用的元件在本領(lǐng)域中是已知的。如圖6中所示，這些元件中的某些可以在控制處理器110的控制下工作或與控制處理器110進行通信。
為了通過特定的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機建立起或保持通信鏈路，一個或多個搜尋器接收機108用來掃描預(yù)選的PN碼和編碼時移，以及所接收的通信信號的Doppler頻率空間，以捕獲一個信號。即，定期地搜尋從模擬接收機接收的數(shù)據(jù)，和確定是否存在導(dǎo)頻(或其他所要求的信號)；或者首先確定所接收的哪一個信號是后續(xù)信號接收和譯碼中所使用的合適的導(dǎo)頻信號。在許多系統(tǒng)中，最強的信號是導(dǎo)頻信號，但這是不要求的，并且可能不是某些衛(wèi)星通信系統(tǒng)的情況。即，盡管導(dǎo)頻信號可以相對于業(yè)務(wù)信道信號被分配了附加的功率，以確保合適和有效、快速的跟蹤和捕獲，這可能會消耗比所要求的更多的功率，并且會產(chǎn)生不要求的干擾。然而，不管這是不是一個導(dǎo)頻信號，只要PN碼定時是合適的或者是一個弱的導(dǎo)頻信號，本發(fā)明的過程就可以采用最強的信號。
確定什么時候已經(jīng)捕獲了導(dǎo)頻(或其他的)信號定時的一種方法是建立起或選擇估算的相移作為導(dǎo)頻信號PN碼相位的‘假設(shè)’，并且隨后用本地產(chǎn)生的在那些定時偏移下應(yīng)用的參考PN擴展碼，通過對通信信號和伴隨的噪聲進行去擴展來對其進行測試。隨后，在預(yù)選的時間間隔上，對相關(guān)信號中與信號碼片相關(guān)的能量進行積分，并與一個或多個預(yù)定的閾值比較。當(dāng)本地的參考和信號PN擴展碼具有相同的定時時，所累加的能量應(yīng)當(dāng)是最高的，或者至少超過某一閾值。
用來進行作出PN碼定時檢測判斷的這樣一種能量測量(有時也稱為計算測試統(tǒng)計)的裝置，見美國專利5，644，591，其標(biāo)題是“在CDMA通信系統(tǒng)中進行搜尋捕獲的方法和裝置(Method and Appararus for Performing Search Acquisition ina CDMA Communication System)”；以及美國專利5，577，025，其標(biāo)題是“采用多個沃爾什信道在多用戶通信系統(tǒng)中的信號捕獲(Signal Acquisition in aMulti-User Communication System Using Multiple Walsh Channels)”，其授權(quán)日為1996年11月19日。這兩個專利在此引述供參考。
用新的外擴展或PN碼捕獲信號的典型裝置如圖7中所示。該裝置的運行假設(shè)最里面的兩個PN碼或碼集是已經(jīng)捕獲了的，例如采用上述專利中所揭示的裝置捕獲的。即，用戶終端電路已經(jīng)確定了內(nèi)PN碼的合適的時移。在這一第一級的信號捕獲以后，內(nèi)PN擴展碼的估計的或確定的時移隨后被用來相對于內(nèi)PN碼對所接收的信號進行去擴展，以提供外PN碼擴展的數(shù)據(jù)碼元。
去擴展是通過輸入本地產(chǎn)生的PNI-內(nèi)和PNQ-內(nèi)擴展碼作為去擴展器或相關(guān)元件120的輸入來實現(xiàn)的。隨后，用以前決定的內(nèi)PN碼時移，將這些編碼應(yīng)用于所接收的通信信號。去擴展器120的輸出被輸入到一對累加器或累加和加法元件122A和122B。累加器122A和122B在內(nèi)PN碼的周期上對用于I或Q信道的去擴展器輸出進行累加。由于每一外PN‘碼片’周期是在內(nèi)PN碼(碼元)周期上延伸的，所以碼元能量是在該周期上累加的，以提供每一外PN碼片的能量。圖7中所示的Ik和Qk值對應(yīng)于第k個I和Q外擴展碼PN碼片，這些碼片是通過累加1024個I和Q內(nèi)擴展碼片來形成的，用于本典型實施例。其他的擴展碼長度導(dǎo)致其他相應(yīng)不同的累加周期或碼片數(shù)。
為了從Ik和Qk值捕獲外PN碼，用戶終端接收機必須首先對信號進行前向一饋送差分譯碼。完成該譯碼的典型技術(shù)是采用點積結(jié)構(gòu)，如通常數(shù)據(jù)解調(diào)中所使用的那樣。數(shù)據(jù)解調(diào)這樣的結(jié)構(gòu)及其操作的進一步的討論見美國專利5，506，865，其標(biāo)題是“導(dǎo)頻載波點積電路(Pilot Carrier Dot Product Circuit)”，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在此引述供參考。
在上述專利所揭示的技術(shù)中，點積是在從所接收的導(dǎo)頻信號產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號矢量和參考矢量之間形成的。典型的數(shù)據(jù)矢量具有64或128個碼片的碼元長度，這是正交信道化碼的長度。然而，與數(shù)據(jù)信號接收情況相反，本“碼元”周期是1024個內(nèi)碼片，而當(dāng)前(Ik，Qk)信號矢量不是與參考矢量而是與前一信號矢量點積的。在I信道和Q信道上采用同一外PN碼，并且這些信道上一個外PN碼片的平均值(碼片能量E)具有下述形式E{Ik}=E{Qk}=±1024Ec2]]>式中，Ec是接收信號的碼片能量，E{Ik}是I信道的平均值，而E{Qk}是Q信道的平均值。
與外PN碼片k相關(guān)的點積具有下述形式dk=IkIk-1+QkQk-1當(dāng)外擴展碼PN碼片k與以前的k-1相同時，那么dk的平均值就簡單地就是(1024)2Ec(碼長的平方乘以碼片能量)。但是，如果外PN碼片是相互不同的，則dk的平均值是-(1024)2Ec，并且完成了所要求的差分譯碼。
采用點積處理對接收碼片的差分譯碼示意如圖7所示。累加器122A的輸出作為乘法器124A的一個輸入，而累加器122B的輸出作為乘法器124B的一個輸入。同時，累加器122A和122B的輸出也分別作為一對延遲元件126A和126B中每一個的輸入。這些延遲元件的輸出反過來又分別作為乘法器124A和124B的第二個輸入。延遲元件126A和126B在Ik信號和Qk信號輸入到乘法器之前，將一個外PN碼片周期的延遲傳遞給Ik信號和Qk信號。這就使乘法器124A和124B在每一PN碼片k和其前者之間形成乘積。
隨后，用加法元件或加法器128將乘法器124A和124B中形成的用于第k個和第k-1個I和Q碼片的乘積相加，產(chǎn)生所要求的點積值dk，它對應(yīng)于用所去除的差分編碼的外擴展碼PN。隨后，將譯碼的PN碼片序列dk與外PN碼的本地形式的不同時移相關(guān)。由于外PN擴展碼具有在240毫秒數(shù)量級上的更長的周期，所以重要的是使單個的外PN周期(288個外PN碼片)中檢測到正確對齊的幾率為最大。否則，就經(jīng)過了相當(dāng)長的時間，并且相對于等待下一個周期開始執(zhí)行進一步的信號處理來說是一種浪費。
這就建議，采用一種匹配濾波器方法來執(zhí)行相關(guān)操作。從概念上說，匹配濾波是W個存儲元件的抽頭(tapped)延遲線，即，濾波器長度為W。抽頭權(quán)重是外PN的開頭的W個位，并且每次新的外擴展碼PN碼片被接收并時鐘控制到濾波器內(nèi)時，由累加器將所有W個加權(quán)輸出相加。隨后，將累加器的輸出與一閾值比較。超過閾值的濾波器輸出表示與外PN擴展碼的正確對齊。采用匹配的濾波器，在一個或兩個周期中捕獲導(dǎo)頻的幾率可以是很高的。較長的濾波器提供了比較短更好的檢測幾率，但實現(xiàn)起來價格更高。
這種匹配濾波器方法如圖7中所示，這里，匹配濾波器130的連接用來接收成序列的dk值作為輸入，并將一相關(guān)輸出提供給比較元件或比較器136。比較器136產(chǎn)生一個表示從濾波器130得到的相關(guān)輸出是什么時候超過所要求的閾值的輸出。比較器136的輸出與已知的檢測和捕獲電路一起應(yīng)用，以選擇或表示用于外PN擴展的選擇的時移值什么時候是合適的。
上述例子外PN碼片的內(nèi)到達(dá)(inter-arrival)時間是0．833毫秒，使得可以用本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員已知的各種硬件和軟件，容易地對匹配濾波器130進行濾波操作。抽頭加權(quán)被限制在集合{+1，-1}的事實使得單個的串行加法器能夠?qū)V波器中的元件與表示相加或相減的抽頭權(quán)重相加。例如，循環(huán)緩沖器可以用來構(gòu)成該濾波器。
由于每一外PN碼片是從1024個內(nèi)PN碼片的和計算形成的，所以，外PN碼片就得益于相對于內(nèi)PN碼片的30dB的“處理增益”。該增益意味著外PN自相關(guān)函數(shù)(ACF)的峰值和非峰值最大值(Rmax)在確定捕獲性能時比內(nèi)PN擴展碼的情況更重要。只有少數(shù)幾個最大的非峰值A(chǔ)CF值大到足以由噪聲的相加而被推到閾值以上。因此，對于合適的局部相關(guān)窗尺寸(即匹配的濾波器長度)，選擇外PN碼的主要標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)是最大非峰值相關(guān)值的最小化。
由于外碼片比內(nèi)碼片長1000倍(1024)，所以，基于24個外碼片的相關(guān)性比基于24個內(nèi)碼碼片的相關(guān)性對信號能量的積分多1000倍。即使是對整個更長內(nèi)碼的積分，比方說是2048個碼片的數(shù)量級，也將給出是信號能量的10倍。對相關(guān)過程的相對影響的例子見圖8所示。圖8中，響應(yīng)曲線160給出在用更長PN擴展碼時典型的相對峰值和非峰值響應(yīng)，而曲線162給出采用帶有更短外PN碼的匹配濾波器時的響應(yīng)。這種好處是很明顯的。
上述匹配濾波器檢測方案僅在閾值相對于平均接收外PN碼片取比例(scaled)時能夠恰當(dāng)?shù)毓ぷ鳌ＴO(shè)置這樣一個閾值的一種簡單但有效的方法是建立起一個值，該值是對齊時平均相關(guān)結(jié)果(1024)2WEc和不對齊時最大平均結(jié)果(1024)2RmaxEc之間的中間值。
設(shè)置這種類型的閾值通常需要某種形式的自動閾值控制(ATC)，用來正確地校準(zhǔn)閾值。這種ATC在實施時是相當(dāng)容易的，這是因為點積輸出的幅度產(chǎn)生一個估算的(1024)2Ec。這些輸出取樣可以選擇其通向?qū)λ鼈內(nèi)∑骄暮唵螢V波器的路由，以提供某種抗噪聲功能，并且合成的平均值由因子(W+Rmax)／2取比例，以產(chǎn)生所要求的閾值。
這種方法見圖7中的右下側(cè)，此處，還連接有幅度成形元件132，以接收點積值dk的序列。幅度成形元件132產(chǎn)生一個輸出，它表示所接收的輸入序列的相對幅度。該幅度隨后被提供作為閾值濾波器134的輸入，它接著又對這些值取平均，并用(W+Rmax)／2因子對產(chǎn)生的平均值取比例，以產(chǎn)生所要求的參考閾值。隨后，給出該參考閾值，作為比較器136的輸入。另一種情況是，可以用一個或多個附加的匹配濾波器(未示出)來代替幅度元件132和閾值濾波器134，并用多個匹配的濾波器輸出之間的比較，而不是與某一閾值的比較來進行檢測。例如，可以在一個全外PN周期中收集匹配的濾波器輸出，并且隨后選擇最大的輸出值。
在實現(xiàn)本發(fā)明時應(yīng)當(dāng)考慮其他的幾個方面。首先，用戶終端接收機采用時間和頻率跟蹤器來跟蹤內(nèi)PN擴展碼的定時。這種頻率跟蹤器的使用將在上述信號捕獲專利中的進一步詳細(xì)的討論。這些跟蹤器應(yīng)當(dāng)是在開始進行外PN捕獲前啟動(engaged)或工作的。這就使信號在所使用的1024長度的累加時，保持盡可能為相干的。這些跟蹤器通過將它們的累加設(shè)置成不是擴展到外PN碼片邊界以外時是不受外PN調(diào)制影響的。但是，這樣的頻率跟蹤器應(yīng)當(dāng)從去擴展器直接接收它們的輸入，這是因為根據(jù)需要，導(dǎo)頻濾波器是受外PN調(diào)制影響的。
第二，在外PN捕獲期間，外PN擴展碼的本地形式的產(chǎn)生被關(guān)閉。一旦外PN定時解決了，然后就啟動本地外PN發(fā)生器，開始從接收的數(shù)據(jù)中去掉外碼。
第三，在頻率跟蹤器接近準(zhǔn)備狀態(tài)之前，外PN擴展碼捕獲是不應(yīng)當(dāng)開始的。如果在跟蹤器仍然處于過渡模式時就開始捕獲了，閾值校準(zhǔn)不是有效的，這是因為頻率誤差變化時，Ec中看到的變化的緣故。通常需要一種確定什么時候閾值變成有效的某種方法。潛在地說，從驗證階段得到的測量可以用來估算Ec和相應(yīng)的閾值。于是，在實際的閾值到達(dá)該估算的90％之前，是不進行外PN捕獲的。一旦點積值被認(rèn)為是有效的，則W個外PN碼片的延遲也是允許的，以便在啟動閾值檢測前“裝載”匹配的濾波器。
盡管上述本發(fā)明的實施例代表了本領(lǐng)域中由于信號捕獲的進步，但人們發(fā)現(xiàn)，用特定的外PN擴展碼序列還可以實現(xiàn)進一步的改進。即，采用某些序列或某種形式的序列來構(gòu)筑外PN擴展碼進一步提高了采用本發(fā)明的技術(shù)時的性能。下面給出這種序列的開發(fā)和使用的分析。
通常，增加W的大小和選擇合適的編碼產(chǎn)生更小的誤差幾率(丟失和虛假告警)。然而，選擇一個合適的編碼是重要的，這是因為如果Rmax的值隨W的增加而增加，即使增加W的大小，通信系統(tǒng)性能的提高也是很有限的。采用近似方法來獲得丟失幾率的估算時可以看到這一點，其形式是 這里，I0是與接收感興趣的信號相關(guān)的干擾信號電平。
如果Ec／I0和N的值、內(nèi)PN碼的長度是固定的，并且將所有的得到的常數(shù)項組合成一個常數(shù)C，則這一關(guān)系可以更簡單地寫成下述形式 由于每一外PN周期中虛假告警有許多的機會，并且在有這種機會時進行的統(tǒng)計是隨自相關(guān)函數(shù)的相應(yīng)值而變的，所以獲得虛假告警幾率的精確估算要困難得多。然而，虛假告警幾率象丟失幾率一樣，是作為函數(shù)(W-Rmax)/W]]>而下降的，這是千真萬確的。作為一種很粗的近似，由于虛假告警有許多的機會，虛假告警幾率可以被說成是高于P丟失，其高出的量可達(dá)幅度的一個數(shù)量級。為了更精確地牽制虛假告警幾率，最好采用模擬的方法。
從上面第二個關(guān)系式可以看到，最佳性能通常是通過使w和Rmax之差為最大同時保持W盡可能地小來實現(xiàn)的。當(dāng)然，從硬件的角度看，也要求W較小。
用于本發(fā)明的最佳編碼是用基于部分信號或編碼相關(guān)而不是全部相關(guān)的選擇標(biāo)準(zhǔn)來選擇的。對2288種可能的長度為288的二進制序列的徹底搜尋并不是每次用戶終端想要獲得一個信號就進行的，而是在通信系統(tǒng)的設(shè)計找到合適的編碼時一次又一次進行的。這樣一種搜尋將是極長的，并且具有所不要求的通信延遲。所以，人們開發(fā)了很有用的或有效的方法，盡管這些方法有時并不是最佳的。
對于這種技術(shù)或方法，首先選擇長度為W的匹配濾波器。采用結(jié)構(gòu)[ABB…B]，從長度為W的子序列，產(chǎn)生或構(gòu)成一個編碼。例如，假設(shè)選擇W具有長度為24個碼片(匹配濾波器長度為24)，并且總的PN編碼長度是288個碼片。于是，兩個子序列‘A’和‘B’都是長度為24，而‘B’為11倍，[即，(288碼片-24碼片)／24碼片等于采用了為11的‘B’]。隨后，用‘A’子序列建立一個匹配濾波器，從而接收機總是使‘A’與全長為288編碼的24-外-碼片子序列相關(guān)。這與用整個序列相關(guān)要快得多。
當(dāng)用戶終端接收機定時恰當(dāng)?shù)嘏c外PN碼對齊時，產(chǎn)生的相關(guān)值是W(24)，而不管是選擇‘A’還是‘B’。即，相關(guān)值反映的是對齊信號的W個總接收碼片，而當(dāng)不對齊時是零。所以，一個目標(biāo)是選擇‘A’和‘B’的值，從而所有的‘B’與‘A’的周期相關(guān)為最小，并且A與過渡區(qū)或重復(fù)PN碼的‘AB’和‘BA’部分的相關(guān)性也為最小。申請人發(fā)現(xiàn)，‘B’子序列碼片值的有效選擇是使所有的碼片或者為+1，或者為-1。這種方法使得如果W不太大時可以容易地對最佳‘A’序列進行徹底搜尋，并產(chǎn)生一個可以相當(dāng)容易地產(chǎn)生的外擴展碼。
上述搜尋技術(shù)的應(yīng)用使得能夠識別與24長度匹配的很好編碼，這里Rmax等于零。識別的編碼產(chǎn)生誤差幾率(對于W=24)，是用其他的測試技術(shù)如載斷m序列或偽隨機搜尋所開發(fā)的編碼更小幾個數(shù)量級。對于Ec／I0為-21dB，人們希望小于10-4的虛假告警幾率具有更小的丟失幾率。因此，人們相信，采用下面討論的編碼可以被看作是得到小誤差幾率和保持匹配濾波器盡可能短之間的一種很好的權(quán)宜之計。
該編碼的開頭24位，即所謂的‘A’部分是[-1-1 1-1 1-1-1 1 1-1-1-1 1-1 1 1-1-1-1-1-1 1-1 1]其余的位，即‘B’部分，是“1”。將1映射為0，并將-1映射為1，外PN可以被轉(zhuǎn)換成更緊縮的八進制形式6 5 4 7 2 3 7 2 0…0用于存儲和檢索。即，+／-1的格式可以用來研究相關(guān)性和干擾，但PN發(fā)生器通常是基于0，1格式的，而八進制碼通常是用在編碼系統(tǒng)中的。
相對于濾波器過程在288碼片周期上這樣一種編碼定時的一例見圖9所示。圖9中，有用的外碼170具有24位可變部分172的碼片，后面是264碼片或位常數(shù)‘1’值部分174。為了進行比較，也可以將更長偽隨機碼176的一部分也用作實現(xiàn)本發(fā)明，就象下面討論的那樣。
可以更方便地將不同編碼的外PN碼或序列存儲在匯接局發(fā)射機電路內(nèi)，而不是存儲未編碼形式，并在硬件中提供差分編碼器，對數(shù)據(jù)進行運算，這示于圖4中。這也通過對于匯接局所處理的許多信道中的每一個去掉乘法器92和延遲元件94而減少了硬件。為了實現(xiàn)這種減少，采用常規(guī)作法將差分編碼的序列存儲在發(fā)射機中所使用的存儲器或存儲元件中，在此，它們被初始化成{1，-1}標(biāo)記中的1或{0，1}標(biāo)記中的0。采用這種方法，并存儲差分編碼的PN碼，上述起先差分編碼的24位序列將變成[-1 1 1-1-1 1-1-1-1 1-1 1 1-1-1-1 1-1 1-1 1 1-1-1]所有其余264個位或碼片為-1。
不幸的是，存儲差分編碼形式的這一外PN擴展碼有一個小缺點。在一個完整周期的外PN碼上完成差分編碼以后，發(fā)射機或差分編碼器存儲器的狀態(tài)，即存儲值，與外PN周期開始時的情況是相反的。這就是說，對外PN序列的重復(fù)編碼產(chǎn)生差分編碼序列，它具有2X288(碼片)周期性，序列的第二個半部分與第一個半個部分是互補的。
可以有各種方法來解釋這一小小的復(fù)雜性。首先，未編碼的外PN碼可以存儲在一個周期上，并實時進行差分編碼。第二差分編碼的外PN擴展碼的總共2X288個位可以被存儲在一個外PN周期上。第三，在未編碼外PN碼序列中位48和264之間的某一地方，一個位的值是鎖定的。這一這一簡單的動作使得Rmax=0，并使經(jīng)編碼的外PN的周期等于288個位。第四，未編碼的外PN碼的位24可以是鎖定的。這一動作保持264個1的串，并使編碼外PN擴展碼的周期等于288位。但因為Rmax現(xiàn)在等于2，采用這一后一種技術(shù)，是可能犧牲這種性能的。
當(dāng)W等于24時，上述外PN碼使得Rmax等于零，但|R|max等于8。如果因為某些原因，要求用具有小|R|max值的外PN碼，下面的編碼是八進位形式7 1 3 2 1 0 7 7 7…7式在映射的二進制形式[-1-1-1 1 1-1 1-1-1 1-1 1 1 1-1 1 1 1-1-1-1-1-1-1-1-1-1 1 1 1…1]給出|R|max的值等于4。
模擬是用上面圖7所示選擇的PN擴展碼和捕獲電路進行的。即使當(dāng)采用低導(dǎo)頻信號強度為Ec／I0=-22dB的時候，誤差幾率是如此地小，從而在100，000次模擬嘗試中不會出現(xiàn)一個誤差，或者是丟失，或者是虛假告警。即，系統(tǒng)不正確表示PN擴展碼定時分別是不正確的或正確的幾率。ATC方法的分析近似估計丟失的幾率，這里Ec／I0=-22dB，是3．4×10-6的數(shù)量級。當(dāng)Ec／I0的值進一步減小到-25dB時，丟失幾率的分析近似約為1×10-3。采用ATC方法，100，000次嘗試的相應(yīng)結(jié)果是約2．6×10-4丟失幾率，7×10-4的虛假告警幾率。采用拾取最大值的方法，就象前文中所說的那樣，對于100，000次嘗試，產(chǎn)生小于1×10-5的丟失幾率，和小于1×10-5的虛假告警幾率。即，在100，000次嘗試中沒有看到丟失或虛假告警。
如果希望有更小的誤差幾率，一種成本有效的方法是需要第二次查看測試。通過在已經(jīng)出現(xiàn)了外PN碼檢測以后簡單地等待288個外碼片周期，并重復(fù)定時確定測試，可以容易地實現(xiàn)。兩次獨立定時測試出現(xiàn)虛假告警的幾率是一次查看虛假告警幾率的平方，例如，采用在Ec／I0=-25dB下用ATC方法進行第二次查看測試將虛假告警幾率從7×10-4改變成4．9×10-7。與這樣一種第二次查看相關(guān)的時間上的不利后果是附加240毫秒。
上述PN碼導(dǎo)致一個外PN碼，它由短隨機查看段(24個碼片長)，和264個碼片長的長常數(shù)段構(gòu)成。另一種PN碼已被觀察到，在其整個288個碼片長度上是偽隨機的，并且可以簡單地形成作為截斷的m-序列。
外碼是從長度為511m-序列截得的子序列。特征多項式是Q(z)=1+z3+z4+z6+z9產(chǎn)生這樣一種編碼的典型的發(fā)生器結(jié)構(gòu)將圖10中的Galois LFSR結(jié)構(gòu)。初始狀態(tài)(寄存器內(nèi)容)應(yīng)當(dāng)是
。所選序列的開頭9個碼片是010000110，最左面的是第一個碼片。該發(fā)生器被時鐘記時288次，隨后復(fù)位到初始狀態(tài)，以提供所要求的編碼序列。即外PN序列每288個碼片或一個外碼片周期重復(fù)。
這導(dǎo)致在大小為48的相關(guān)窗口中具有最大非峰值相關(guān)為12的編碼。與前一個編碼相比，這可以給出更好的性能，而前一個編碼對于長度為24的匹配濾波器是最好的。它給出具有單次搜尋可接受的性能水平。未截斷的編碼可參見Simon等人的“擴展譜通信(Spread Spectrum Communication)”，卷1，表5．8。
然而，上述實施例中使用的匹配濾波器檢測器方法也是不用該交替PN碼執(zhí)行的。即使濾波器長度是48位的兩倍，如果已知固定的虛假告警幾率，未檢測到正確信號定時(1-P檢測)的幾率大于用交替碼時的一個數(shù)量級以上。所以，下面給出PN碼捕獲電路的另一種實施例?；靖拍钍牵瑥牟罘肿g碼器元件124A、124B和128的輸出收集外PN碼片塊，并且隨后使這一塊與外PN擴展碼的本地參考的所有可能校正相關(guān)。實現(xiàn)這一相關(guān)過程的信號捕獲結(jié)構(gòu)見圖11所示。
圖11中，信號捕獲裝置的去擴展和差分譯碼部分保持與圖7所示的結(jié)構(gòu)不變。然而，接收的外PN碼片dk的匹配濾波器130現(xiàn)在由緩沖器140和塊相關(guān)器142取代。緩沖器140的實際尺寸和塊相關(guān)器142中使用的數(shù)據(jù)塊是按照通信系統(tǒng)的特定應(yīng)用和工作參數(shù)決定的，這是本領(lǐng)域中人們已知的。即，電路的復(fù)雜性和處理數(shù)據(jù)塊的時間，以及對捕獲速度和精確性的要求，決定了這些尺寸。
僅僅是為了描述起見，48個碼片的大小用作討論該實施例中的代表值。該例中，緩沖器140收集48個外PN碼片，或48外碼片周期上的碼片，并且隨后將它們作為一數(shù)據(jù)塊，轉(zhuǎn)發(fā)到塊相關(guān)器142，進行處理。一旦數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)出塊相關(guān)器142以后，它就開始接收和緩沖下一個48個外碼片。
典型塊相關(guān)器142更詳細(xì)的描述如圖12所示。當(dāng)譯碼外PN碼片塊被轉(zhuǎn)移到相關(guān)器142時，各碼片被存儲在也稱為數(shù)據(jù)塊的存儲器或存儲元件144中的順序存儲單元DATA(0)至DATA(47)內(nèi)。外PN碼的本地的二進制(在這模型中為+／-1)復(fù)制被存儲在也稱為外編碼塊的存儲元件146中的一系列連續(xù)存儲單元PN(0)到PN(287)中。這些塊中的每一個具有一條作為輸入連接到累加器148的輸出線或總線。數(shù)據(jù)塊144的輸出被傳送到累加器148的數(shù)據(jù)輸入端，而外碼塊146的輸出被傳送到累加器148的加／減控制輸入端。
從PN外碼塊146檢索得到的二進制值用來控制累加器148的加／減線，從而它們決定從數(shù)據(jù)塊144檢索得到的當(dāng)前數(shù)據(jù)值是否加上或減去了當(dāng)前累加器的內(nèi)容。累加器148計算或產(chǎn)生在每一可能的本地PN碼偏移時間內(nèi)數(shù)據(jù)與本地PN擴展碼的相關(guān)性。通常，對通過數(shù)據(jù)的288次傳送中的每一次測試一個時間偏移。
最大的相關(guān)值及其相應(yīng)的指數(shù)被存儲在另一個存儲單元150中，它可以形成累加器148的一部分。該指數(shù)值隨后被報告給擴展器110或其他的信號捕獲電路，作為合適的外PN擴展碼對準(zhǔn)的最佳估計。下面給出該處理中所使用的步驟的偽碼表述。這些步驟每次在新的經(jīng)譯碼的外PN碼片塊被轉(zhuǎn)發(fā)到塊相關(guān)器142內(nèi)時重復(fù)。
塊相關(guān)器142中采取的處理步驟可以用偽碼步驟來表述將Rmax和Rmai_i的值設(shè)置為等于0ForRi=0 to 287R=0Forj=0 to 47R=R+Data(j)*PN((Ri+j)mod 288)End ForIf R＞RmaxRmax=RRmax_i=RiEnd IfEnd For通過將R、Rmax和Rmax_i設(shè)置成等于0，對數(shù)據(jù)進行了簡單的處理，這里‘i’是某一編碼特定時間或相移的指數(shù)值。即，使編碼偏移的碼片數(shù)。隨后，對于Ri從0到287的每一個值，R的值是按照下述關(guān)系式為48個數(shù)據(jù)值(即j=0到47)中的每一個確定的R=R+Data(j)*PN(Ri+j)mod 288)每次確定R時，將其與Rmax比較，如果確定的R值大于當(dāng)前的Rmax存儲值，則Rmax被設(shè)置成等于該R的值，并且將Rmax_i設(shè)置成等于Ri。所以，每次R超過Rmax時，選擇的R值作為新的Rmax值，并記錄產(chǎn)生這一結(jié)果的Ri值作為Rmax_i。處理結(jié)束時，Rmax_i的值提供所要求的定時信息。
第二種建議的PN碼相對于第一種來說的一個缺點是，它需要使用更多的硬件，并且這些硬件呈存儲器的形式和相關(guān)的存儲和檢索電路。該PN碼還要求對被譯碼的外碼片的緩沖和處理塊具有相對更高的計算速率。同時，即使當(dāng)采用更長的塊長度時，檢測和虛假告警統(tǒng)計(基于單個塊的)可以是或不是與用于第一種所建議的PN碼一樣好的。然而，人們希望大致相當(dāng)，人們發(fā)現(xiàn)，另一種外PN碼的可延續(xù)性(extensibility)以及重復(fù)查看的機會而無需等待整個外PN周期是要增加計算復(fù)雜性的。所以，可以用更多的隨機外碼，而不是特別的[A B B…B]碼。這意味著可以采用更長的W=48的相關(guān)窗口。這說明長度足夠了，在文獻(xiàn)中還可以找到有關(guān)的PN碼的表。表格中的一種編碼給出等效于(或略優(yōu)于)與W=24匹配的特別編碼的性能。
如上面討論的那樣，為了在外PN定時或?qū)R(alignment)時進行第二次查看以驗證第一種建議的PN碼的恰當(dāng)?shù)亩〞r捕獲或?qū)R，要求等待通過PN碼的‘B’周期，并且重新裝載‘A’部分。即，在將外PN碼的感興趣的部分再次裝入匹配濾波器130之前，經(jīng)過了240毫秒(外PN碼周期)。采用另一種PN碼的方法，可以將第二次查看與下一個經(jīng)譯碼的外PN碼片塊一起采用。例如，采用塊大小為48個經(jīng)譯碼的碼片，可以在一個外PN周期中重復(fù)幾次相關(guān)測試處理或處理過程(測試288個數(shù)據(jù)通過的每一個)。根據(jù)重復(fù)測試而實際上沒有等待時間的作出捕獲判斷的能力，更多的是補償了采用另一種PN碼進行單次測試所通常提供的所增加的計算復(fù)雜性。
采用更多隨機外PN碼的另一個優(yōu)點是交替外PN碼的所有部分都攜帶信息。這就使得交替外PN擴展碼在突發(fā)(burst)誤差環(huán)境中因為可以采用任意譯碼片塊而更健全。相反，僅可以采用第一種建議的PN擴展碼的有限的‘A’部分。另外，采用長固定部分的PN擴展碼是不可擴充的，這是因為其設(shè)計是為了使長度為N(這里是N=24)的匹配濾波器檢測器的性能為最佳。該編碼的‘B’部分是不可變的，并且不允許在捕獲電路的其余部分也是變化的(如增加存儲器或相關(guān)器塊的大小等)時候提高其性能。然而，在其整個長度上實際上更加偽隨機的交替PN擴展碼使其更經(jīng)得起被修改。
如前所述，運算不必一定是“先”內(nèi)碼“后”外碼的。誰“先”誰“后”僅僅是為了描述的方便和清楚起見。事實上或?qū)嶋H上，這一點可以從產(chǎn)生具有某些特別設(shè)計的特性的新的更長編碼看到這一點，該編碼是這兩個編碼的乘積。發(fā)射側(cè)(發(fā)射機)或數(shù)據(jù)解調(diào)器的操作順序可以是任何一種方式的，即在任一順序中采用這些擴展序列。它們可以首先將內(nèi)碼應(yīng)用于數(shù)據(jù)而后是外碼，或應(yīng)用外碼而后是內(nèi)碼。運算也可以是將編碼單獨組合起來，隨后用于擴展。然而，搜尋器接收機對運算的順序是很敏感的。這里，內(nèi)碼經(jīng)過去擴展，或首先用于去擴展。即，這對于搜尋器中的捕獲是有意義的，這里，內(nèi)PN碼在先，而外PN序列其次。
應(yīng)當(dāng)清楚，捕獲過程是一個“二步驟的”過程，有時發(fā)明人也將其稱為是‘決定(clinching)’。實踐中，無線裝置或電話首先快速捕獲內(nèi)碼，而后捕獲外碼。采用這一“兩步驟”方法，意味著已經(jīng)大大減少了假設(shè)數(shù)。這提供了一種在通信系統(tǒng)中使用這種方法的潛在動力。
人們可以將捕獲看成是從不知道內(nèi)、外碼定時而開始的。在相信已經(jīng)找到了編碼定時之前，對大量的內(nèi)碼假設(shè)進行測試。有少量的假設(shè)是需要花費一點時間的。在該時間內(nèi)，外碼是全部忽略的。在這一點上，內(nèi)碼定時是用1個碼片的精度和1024個碼片的模糊性獲得的，對于本例，其他的內(nèi)碼長度產(chǎn)生相應(yīng)的模糊值?，F(xiàn)在，人們相信，有一種良好的假設(shè)(編碼同步匹配)，接收波形用已經(jīng)檢測到或找到的內(nèi)碼進行的去擴展之后被輸入到外碼檢測器中。外檢測器確定外偏移是什么，產(chǎn)生或提供某些附加的定時信息。這第二步驟獲得了具有1024個碼片精度(內(nèi)碼長度)和1024*288碼片模糊性(內(nèi)碼長度乘以外碼長度)的定時。上述結(jié)果使得我們具有1碼片精度和294，912碼片模糊性的定時。
為了重新強調(diào)我們外碼是為通信系統(tǒng)而完成的，應(yīng)當(dāng)指出，外碼是不實施用戶或用戶信號的信道化或分離的。當(dāng)將兩個PN碼的組合用于傳統(tǒng)的蜂窩反向鏈路時，長碼(不是擴展碼)提供信道化。這里，外碼向通信系統(tǒng)有效地提供比僅采用內(nèi)碼的更長的時間定標(biāo)(scale)。這是在沒有顯著增加捕獲時間時完成的。
這一產(chǎn)生更長時間定標(biāo)至少具有兩個優(yōu)點。首先，它提供了幀定時，而無需計算誤差矩陣，如循環(huán)冗余檢驗(CRC)，以測試多個幀定時假設(shè)。第二，它使得可以由它們的外PN偏移對波束進行非模糊識別。內(nèi)PN碼相對于完成此的路徑延遲中的變化來說太短了(當(dāng)采用所要求的長度和周期時)。
因為定時是在兩個步驟中捕獲的，對捕獲時間的影響為最小。首先，測試n=1024種可能的內(nèi)碼定時，隨后是m=288種外碼定時。所以，總共測試n+m=1312種假設(shè)。如果簡單地使內(nèi)碼足夠長以解決定時模糊性，則人們需要測試n*m=294，912種假設(shè)。換言之，必須搜尋定時假設(shè)的二維網(wǎng)格，一條軸上是1024個內(nèi)偏移，另一條軸上是288個外偏移。然而，采用本發(fā)明的外PN使得無線裝置一次搜尋一維，而不必測試網(wǎng)格中的每一個單元。
結(jié)果，通過在15毫秒數(shù)量級上應(yīng)用具有偏移的外PN定時，可以有充足的時間來獲得波束標(biāo)識，即使是在出現(xiàn)變化路徑延遲的時候。這在切換談判(negotiation)時是有用的，這可以出現(xiàn)在衛(wèi)星系統(tǒng)中的匯接局的情況下，以便確定切換軟組合的與系統(tǒng)時間的導(dǎo)頻偏移，以及正確測量δt或定位的時間差或相位差。這就無需為識別波束而獨立解調(diào)和處理每一新的波束。
將外PN碼用作差分編碼的序列改進了外PN定時捕獲期間電話或其他接收裝置的性能。外PN碼可以用差分方案來檢測或譯碼，它可以在大范圍的頻移上工作。最好采用頻譜為白色的序列，以便使捕獲所需的時間為最小，但這不是必須的。任何一種合理的偽隨機二進制序列可以用于外碼。
上述較佳實施例的描述使得本領(lǐng)域中的任何普通技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明。很明顯，這些實施例還可以有各種修改形式，并且其基本原理還可以應(yīng)用于其他的實施例，而無需借助于發(fā)明人。所以，本發(fā)明并非僅限于上述實施例，應(yīng)當(dāng)從最寬的范圍來理解本發(fā)明的原理和所揭示的新特征。
權(quán)利要求
1．?dāng)U展譜通信系統(tǒng)中對信息信號進行擴展的裝置，其中，數(shù)字信息信號是用至少一種預(yù)選的偽隨機噪聲(PN)擴展碼進行帶寬擴展的，以產(chǎn)生擴展譜信號，其特征在于，所述裝置包含擴展裝置，它的連接用來接收和組合至少一種預(yù)定的PN擴展碼，所述預(yù)定的PN擴展碼具有預(yù)選的第一編碼長度和第一編碼周期；第二預(yù)定的PN碼序列，它具有第二預(yù)選編碼長度和編碼周期，它大體上比所述第一PN碼周期長，并且所述信息信號用來提供擴展譜調(diào)制信號。
2．?dāng)U展譜通信系統(tǒng)中對信息信號進行擴展的裝置，其中，數(shù)字信息信號是用至少一種預(yù)選的偽隨機噪聲(PN)擴展碼進行帶寬擴展的，以產(chǎn)生擴展譜信號，其特征在于，所述裝置包含第一PN發(fā)生裝置，用來產(chǎn)生相應(yīng)于至少一個預(yù)定PN擴展碼的第一PN信號，所述至少一個預(yù)定的PN擴展碼具有預(yù)選的編碼長度和第一編碼周期；第二PN發(fā)生裝置，用來產(chǎn)生與第二預(yù)定PN碼序列相應(yīng)的第二PN信號，所述第二預(yù)定PN碼序列具有大體上比所述第一PN碼更長的第二預(yù)選編碼長度和第二編碼周期；以及擴展裝置，它的連接用來接收和組合所述第一和第二PN信號和所述信息信號，用來提供擴展譜信號。
3．如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一PN擴展碼周期等于所述第二PN碼序列的一個碼片周期。
4．如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二PN碼具有在同一預(yù)選時間開始的編碼周期。
5．如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二PN碼是增加了長度的最大長度的線性序列的PN碼的預(yù)選部分。
6．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第二PN碼是一m-序列的PN碼的預(yù)選部分。
7．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述擴展裝置包含第一擴展裝置，它接收和組合至少一個第一PN碼和所述信息信號，以產(chǎn)生第一擴展譜信號；以及第二擴展裝置，它接收和組合所述第二PN編碼序列和所述第一擴展譜信號，從而產(chǎn)生第二擴展譜信號。
8．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，它還包含與所述第二擴展裝置相連的發(fā)射裝置，用來接收和調(diào)制具有所述第二擴展譜信號的載波信號。
9．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第一擴展裝置包含第一PN碼發(fā)生器，它用一第一多項式函數(shù)產(chǎn)生同相PN碼片編碼的第一頻譜擴展信號；以及第二PN碼發(fā)生器，它用一第二個不同的多項式函數(shù)，產(chǎn)生一正交相PN碼片的第二頻譜擴展信號。
10．如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述第二擴展裝置包含一個第三PN碼發(fā)生器，用來產(chǎn)生第三PN碼片的第三頻譜擴展信號，所述第三PN碼片是與開頭兩個不同的多項式函數(shù)。
11．如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述第二擴展裝置包含存儲預(yù)選的PN碼序列的存儲裝置；用來接收所述存儲的PN碼并對其施加一個碼片延遲的延遲裝置；用來接收和形成所述PN和延遲的PN碼序列的乘積并將所述乘積提供作為一差分編碼輸出的乘法裝置。
12．如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述第二PN碼序列具有288個碼片的長度，所述288個碼片中開頭的24個碼片是-1-1 1-1 1-1-1 1 1-1-1-1 1-11 1-1-1-1-1-1 1-1 1，其余的碼片為1。
13．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的擴展裝置包含產(chǎn)生和組合所述第二PN和一個碼片延遲的PN碼序列以產(chǎn)生一個差分編碼輸出的裝置。
14．如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述擴展裝置產(chǎn)生第一級(order)差分編碼的輸出。
15．如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述擴展裝置產(chǎn)生第二級(order)差分編碼的輸出。
16．如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述擴展裝置產(chǎn)生相干差分編碼輸出。
17．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述擴展裝置包含用來接收所述第二PN碼序列并對其產(chǎn)生一個碼片的延遲的延遲裝置；以及用來接收和形成所述第二PN和延遲的PN碼序列的乘積并將所述乘積提供作為一差分編碼輸出的乘法裝置。
18．如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第二擴展裝置包含數(shù)據(jù)存儲裝置，所述存儲裝置包含一個差分編碼形式的所述第二PN擴展碼。
19．一種在擴展譜通信系統(tǒng)中的信息信號進行擴展的方法，所述擴展譜通信系統(tǒng)中的數(shù)字信息信號是用至少一個預(yù)選的偽隨機噪聲(PN)擴展碼進行帶寬擴展的，以產(chǎn)生擴展譜信號，其特征在于，它包含下述步驟接收和組合具有一預(yù)選的第一編碼長度和第一編碼周期的至少一個預(yù)定的PN擴展碼、具有第二預(yù)選編碼長度和編碼周期的第二預(yù)定PN碼序列，所述第二預(yù)選編碼長度和編碼周期大體上比所述第一PN碼周期和所述信息信號長，從而產(chǎn)生擴展譜調(diào)制信號。
20．一種在擴展譜通信系統(tǒng)中對信息信號進行擴展的方法，其中數(shù)字信息信號是用一預(yù)選的偽隨機噪聲(PN)擴展碼進行帶寬擴展的，以產(chǎn)生擴展譜信號，其特征在于，所述方法包含下述步驟產(chǎn)生與至少一個預(yù)定的PN擴展碼對應(yīng)的第一PN信號，所述至少一個預(yù)定PN擴展碼具有一預(yù)選的編碼長度和第一編碼周期；產(chǎn)生與具有大體上比所述第一PN碼更長的第二預(yù)選編碼長度和第二編碼周期的第二預(yù)定PN碼序列的第二PN信號；以及接收和組合所述第一PN信號、所述第二PN信號和所述信息信號，從而產(chǎn)生擴展譜信號。
21．如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，它還包含這樣一個步驟，即將所述第二PN碼的一個碼片周期設(shè)置成大體上等于所述第一PN擴展碼周期。
22．如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，它還包含下述步驟，即，將所述第一和第二PN碼的編碼周期設(shè)置成在相同的預(yù)選時間處開始。
23．如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，它還包含從一部分m-序列PN碼中選擇所述第二PN碼的步驟。
24．如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述接收和組合步驟包含接收和組合至少一個第一PN碼和所述信息信號，以產(chǎn)生第一擴展譜信號；以及接收和組合所述第二PN碼序列和所述第一擴展譜信號，從而產(chǎn)生所述擴展譜信號。
25．如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生第一PN信號的步驟包含下述步驟用第一多項式函數(shù)產(chǎn)生同相PN碼片的第一頻譜擴展信號；以及用第二個不同的多項式函數(shù)產(chǎn)生正交相PN碼片的第二頻譜擴展信號。
26．如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生第二PN信號的步驟包含用與前面二個不同的多項式函數(shù)產(chǎn)生第三PN碼片的第三擴展譜信號。
27．如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生第二PN信號擴展信號的所述步驟包含這樣一個步驟，即，將一差分編碼形式的所要求的第二PN碼存儲在一數(shù)據(jù)存儲裝置中。
28．如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，它還包含存儲第一級(order)的差分編碼PN碼序列的步驟。
29．如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，它還包含存儲第二級(order)的差分編碼PN碼序列的步驟。
30．如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，它還包含存儲一相干差分編碼PN碼序列的步驟。
31．如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生一第二PN信號擴展信號的步驟包含下述步驟將一預(yù)選的要求的第二PN碼存儲在一編碼存儲器內(nèi)；檢索和產(chǎn)生經(jīng)一個碼片延遲形式的所述存儲的第二PN碼；檢索和形成所述存儲的第二PN碼和延遲形式的所述存儲PN碼之間的乘積，以給出一差分編碼的第二PN碼。
32．如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，它還包含這樣一個步驟，即，存儲具有長度為288個碼片的PN碼，所述288個碼片中開頭的24個碼片是-1-1 1-11-1-1 1 1-1-1-1 1-1 1 1-1-1-1-1-1 1-1 1，而其余的碼片是1，作為所述第二PN碼。
33．一種在擴展譜通信系統(tǒng)中捕獲通信信號的裝置，其中，數(shù)字信息信號是用至少一個第一PN擴展碼和第二PN碼序列進行帶寬擴展的，以產(chǎn)生擴展譜通信信號，其特征在于，所述裝置包含接收裝置，用來接收和解調(diào)所述擴展譜通信信號，以去除載波信號，產(chǎn)生一擴展譜信號作為輸出；去擴展裝置，用所述第一PN擴展碼對所述擴展譜信號進行去擴展，以產(chǎn)生一中間去擴展信號；以及在一個等于所述第一PN碼周期的周期上對所述累加的中間去擴展信號進行匹配濾波的裝置。
34．如權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，它還包含將所述濾波的結(jié)果與一預(yù)選的閾值比較的裝置。
35．如權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述接收裝置包含將所述擴展譜信號與所述第一PN擴展碼比較以產(chǎn)生一中間去擴展信號的去擴展裝置；以及所述匹配濾波裝置包含相連用來接收所述中間去擴展信號而在一個等于所述第一PN碼周期的周期上累加所述中間去擴展信號的累加裝置。
36．一種擴展譜通信系統(tǒng)中捕獲擴展譜通信信號的定時的裝置，其中，數(shù)字信息信號是用預(yù)選的偽隨機噪聲(PN)擴展碼進行帶寬擴展以產(chǎn)生擴展譜調(diào)制信號用于發(fā)射到系統(tǒng)用戶的，其特征在于，接收擴展譜信號的裝置，它包含組合具有第一編碼長度和周期的第一PN擴展碼、所述信息信號和具有大體上長于所述第一個的第二編碼長度和第二周期的第二PN碼序列；去擴展裝置，用來將所述擴展譜信號與所述第一PN擴展碼組合，以產(chǎn)生一中間去擴展信號；累加裝置，用來在等于所述第一PN碼周期的周期上累加所述中間去擴展信號；以及對所述累加中間去擴展信號差分譯碼的裝置。
37．如權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，采用所述第二PN碼序列的差分編碼形式。
38．如權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，它還包含對所述譯碼中間去擴展信號進行匹配濾波的裝置；以及將所述濾波的結(jié)果與一預(yù)選的閾值比較的裝置。
39．如權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于，確定所述譯碼中間去擴展信號的幅度的裝置；以及在所述第一PN擴展碼的周期上確定所述幅度的平均值從而提供所述閾值的裝置。
40．一種在擴展譜通信系統(tǒng)中捕獲擴展譜通信信號的定時的方法，其中，數(shù)字信息信號是用預(yù)選的偽隨機噪聲(PN)擴展碼進行帶寬擴展的，以產(chǎn)生擴展譜調(diào)制信號用于發(fā)射到系統(tǒng)用戶，其特征在于，它包含接收一擴展譜信號，它是具有第一編碼長度和周期的第一PN擴展碼、所述信息信號和具有大體上比所述第一個更長的第二編碼長度和第二周期的第二PN碼的組合；將所述擴展譜調(diào)制信號與所述第一PN擴展碼組合，以產(chǎn)生一中間去擴展信號；在一等于所述第一PN碼周期的周期上累加所述中間去擴展信號；以及對所述累加的中間去擴展信號進行差分譯碼。
41．如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，它還包含對所述第二PN碼序列進行差分編碼。
42．如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，它還包含下述步驟對所述譯碼中間去擴展信號進行匹配濾波；以及將所述濾波的結(jié)果與一預(yù)選的閾值比較。
43．如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，它還包含下述步驟確定所述譯碼中間去擴展信號的幅度；以及在所述第一PN擴展碼的周期上確定所述幅度的平均值，從而提供所述閾值。
44．一種擴展譜通信系統(tǒng)，其中，數(shù)字信息信號是用一預(yù)選的偽隨機噪聲(PN)擴展碼進行帶寬擴展的，以產(chǎn)生要發(fā)射到系統(tǒng)用戶的擴展譜調(diào)制信號，所述系統(tǒng)用戶對它們進行解調(diào)，以檢索所述信息信號，其特征在于，它包含多個匯接局類型的基站，每一所述基站包括至少一個通信信號發(fā)射機，它包含第一PN發(fā)生裝置，用來產(chǎn)生與具有預(yù)選編碼長度和第一周期的預(yù)定PN擴展碼相應(yīng)的第一PN信號；第一擴展裝置，用來接收和組合所述第一PN信號和信息信號，以提供中間擴展譜調(diào)制信號；第二PN發(fā)生裝置，用來產(chǎn)生具有大體上比所述第一PN碼短的第二預(yù)選編碼長度和大體上長于所述第一PN碼的第二周期的第二預(yù)定PN碼相應(yīng)的第二PN信號；接收和組合所述第二PN信號和所述中間擴展譜調(diào)制信號從而產(chǎn)生擴展譜調(diào)制信號的第二擴展裝置；與所述第二擴展裝置連接用來接收和調(diào)制具有所述擴展譜調(diào)制信號的載波信號以產(chǎn)生一擴展譜通信信號的發(fā)射裝置；多個用戶終端，每一個所述用戶終端包括一移動接收機，它包含接收和解調(diào)所述擴展譜通信信號以去掉所述載波信號以產(chǎn)生所述擴展譜調(diào)制信號作為輸出的接收裝置；將所述擴展譜調(diào)制信號與所述第一PN擴展碼組合以產(chǎn)生一中間去擴展信號的去擴展裝置；以及連接用來接收所述中間去擴展信號用來在等于所述第一PN編碼周期上累加所述中間去擴展信號的累加裝置；對所述累加的中間去擴展信號進行匹配濾波的裝置；以及將所述濾波的結(jié)果與一預(yù)選的閾值比較的裝置。
45．如權(quán)利要求44所述的擴展譜通信系統(tǒng)，其特征在于，在進行所述組合前，所述第二擴展裝置形成一差分編碼形式的第二PN編碼，并且還包含對所述累加的中間去擴展信號進行差分非編碼譯碼的裝置。
46．如權(quán)利要求44所述的擴展譜通信系統(tǒng)，其特征在于，它還包含多個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，用以從所述匯接局接收通信信號，并將它們轉(zhuǎn)發(fā)到用戶終端。
47．一種擴展譜通信系統(tǒng)，其中，數(shù)字信息信號是用至少一個預(yù)選的偽隨機噪聲(PN)擴展碼進行帶寬擴展的，以產(chǎn)生發(fā)射到系統(tǒng)用戶的擴展譜信號，所述系統(tǒng)用戶對這些信號進行解調(diào)，以檢索所述信息信號，其特征在于，所述系統(tǒng)包含連接用來接收和組合具有預(yù)選的第一編碼長度和第一編碼周期的至少一個預(yù)定的PN擴展碼、具有第二預(yù)選編碼長度和大體上長于所述第一PN編碼周期的編碼周期的第二預(yù)定PN碼序列，和所述信息信號，用來提供擴展譜通信信號；以及接收擴展譜通信信號的裝置；將所述擴展譜通信信號與所述第一PN擴展碼組合以產(chǎn)生一中間去擴展信號的去擴展裝置；在等于所述第一PN編碼周期的周期上累加所述中間去擴展信號的累加裝置；以及對所述累加的中間去擴展信號進行差分譯碼的裝置。
全文摘要
一種在擴展譜通信系統(tǒng)中對信息信號進行擴展以提供提高的信號捕獲速度的技術(shù)。第一擴展碼或碼集用來對帶有第二PN擴展碼序列或函數(shù)的信息信號進行擴展。第二PN碼與第一擴展碼是同步的,但具有更長的周期,從而第二PN碼的每一編碼片在第一PN碼的整個周期上延伸。更長的周期擴展碼形成一個外碼,它有助于提供非模糊的波束識別,并且容易地捕獲存在動態(tài)改變信號路徑延遲時的幀定時,改進信號的捕獲。
文檔編號H04B1/707GK1281599SQ98812099
公開日2001年1月24日 申請日期1998年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月10日
發(fā)明者B·哈姆斯, B·巴特勒, G·斯金納 申請人:夸爾柯姆股份有限公司