專利名稱：用于擴頻數(shù)字傳輸?shù)膸в胁⑿邢嚓P器的接收機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明與數(shù)據(jù)截獲或接收有關，具體地說，與擴頻、時分多路復用的多線路無線電話系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)截獲有關。
數(shù)字數(shù)據(jù)從一個發(fā)射機傳輸?shù)揭粋€接收機需要各種數(shù)字信號處理技術，以使發(fā)射機所發(fā)送的數(shù)據(jù)可以成功地被接收機恢復或截獲。例如，在數(shù)字無線電話系統(tǒng)中，一個無線(無繩)電話手機通過數(shù)字無線電信號與一個通常通過一個標準電話線路接至外部電話網(wǎng)的座機通信。手機和座機各包括一個具有一個發(fā)射機和一個接收機的收發(fā)機。在這樣一個系統(tǒng)中，一個用戶可以用無線手機通過座機和電話網(wǎng)與另一個用戶通電話。
在許多情況下，例如有許多電話用戶的事務機構，已經(jīng)在使用多線路無線電話系統(tǒng)。這種系統(tǒng)用一個座機與最多達N個手機實時通信，通常采用數(shù)字通信制式，例如擴頻、時分多路復用(TDM)制式，諸如時分多址(TDMA)。在一個擴頻系統(tǒng)中，按照所謂香儂定理，帶寬資源可轉為性能增益。擴頻系統(tǒng)的優(yōu)點包括功率譜密度低、抗窄帶干擾、有內建的選擇尋址能力(用代碼選擇)和固有的信道多址能力。擴頻系統(tǒng)應用各種技術，包括直接序列(DS)、跳頻(FH)、線性調頻系統(tǒng)和混合DS/FH系統(tǒng)。
在一個TDMA系統(tǒng)中，只使用一個RF信道，每個手機只在整個TDMA周期內特為指定的一些時間段或時隙期間發(fā)送和接收音頻數(shù)據(jù)分組以及非音頻數(shù)據(jù)分組。其他通信制式包括頻分多址(FDMA)、碼分多址(CDMA)和這些的組合制式。所用的調制方式也有各種，例如無載波振幅/相位(CAP)調制和正交振幅調制(QAM)。
數(shù)字數(shù)據(jù)通常作為數(shù)據(jù)的二進制比特形式的已調信號發(fā)送到諸如RF信道之類的傳輸媒體上。(數(shù)字通信常用的其他傳輸媒體包括不對稱數(shù)字用戶環(huán)路(ADSL)系統(tǒng)或電纜調制解調系統(tǒng)。)數(shù)字數(shù)據(jù)通常調制成復數(shù)數(shù)字數(shù)據(jù)形式發(fā)送，所發(fā)送的數(shù)據(jù)包括一系列據(jù)此接收機可以重建原來數(shù)據(jù)的碼元。復數(shù)數(shù)字碼元數(shù)據(jù)通常包括實部(用相或“I”)數(shù)據(jù)和虛部(正交或“Q”)數(shù)據(jù)(I、Q對)。一個I、Q對的每個碼元可以是一個多比特的數(shù)，表示映射到一個象限的一個構象(constellation)的位置。每個碼元利用一個查找表(例如一個ROM)映射或指定為一個四象限柵形構象點陣內的規(guī)定座標。根據(jù)編碼方案，個數(shù)規(guī)定的不同碼元分布在每個象限內各指定區(qū)域。根據(jù)給定編碼方案的比特/碼元數(shù)，構象點陣的每個象限含有若干個碼元，分布在相對于正交的I和Q軸的各規(guī)定座標上。例如，在QPSK編碼方案中，每個樣點都處在每個象限一個的四個相位位置中的一個位置上，因此每個碼元對表示2比特的數(shù)據(jù)。
為了發(fā)送一個復數(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)內的一個給定的輸入數(shù)據(jù)值，需發(fā)送的這個輸入數(shù)據(jù)值映射為一對碼元或者說一個在具有實軸I和虛軸Q的一個復數(shù)信號構象空間內相應構象點的一對座標I、Q。這些表示原始數(shù)據(jù)值的I、Q碼元于是由一個調制信道作為部分數(shù)據(jù)分組發(fā)送。接收機可以恢復這些I、Q對，確定相應象元在構象空間內的位置，執(zhí)行逆映射后就可得出原始輸入數(shù)據(jù)值或其近似值。
在一個擴頻系統(tǒng)中，每個碼元用一串“子碼元”或“碼片(切普)”發(fā)送。這串子碼元通常是將碼元(在有些編碼方案中是1或-1)乘以一個具有一定長度(碼片數(shù)C)的偽隨機數(shù)(PN)二進制串得出的。因此，這樣的系統(tǒng)的特征可以用與碼元率有關的碼片率(切普率)來表示。擴頻系統(tǒng)通常也可以用來發(fā)送任何數(shù)字數(shù)據(jù)，無論它是否為復數(shù)格式的數(shù)據(jù)，也無論它是否為TDMA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
在一個擴頻系統(tǒng)中，一個信號通過表示各碼元的相繼碼片來表示這些相繼的碼元。一個接收信號經(jīng)采樣后給出一系列樣點。因此，這些樣點表示一個信號，而它本身表示了一系列表示相繼碼元的碼片。收發(fā)機的接收機方用一個ADC對接收信號采樣，得出表示這個信號的樣點，從而表示了各個碼元。收發(fā)機的發(fā)射機方用一個數(shù)模變換器(DAC)將各碼元變換成模擬量，構成一個信號。
如上所述，數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸需要采用各種數(shù)字信號處理技術，使得數(shù)據(jù)可由發(fā)射機(例如座機收發(fā)機的發(fā)射機)發(fā)送和可由接收機(例如手機收發(fā)機的接收機)成功接收。例如，在擴頻數(shù)字無線電話系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕邮諜C方利用各種功能從一個所發(fā)射的RF信號中恢復數(shù)據(jù)。這些功能包括用于碼元同步的定時恢復，載波恢復(頻率解調)，以及放大。因此，接收機包括每個鏈路的自動增益控制(AGC)回路、載波跟蹤回路(CTL)和定時回路，以及其他部件。
定時恢復是使接收機時鐘(時基)與發(fā)射機時鐘同步的過程。這使接收信號可以及時在最佳點采樣，以降低發(fā)生與接收碼元值的判決反饋處理有關的分片差錯的可能性。在有些接收機中，以發(fā)射機碼元率的倍數(shù)對接收信號采樣。例如，有些接收機以發(fā)射機碼元率兩倍的采樣率對接收信號采樣。無論如何，接收機的采樣時鐘必需與發(fā)射機的碼元時鐘同步。載波恢復是使接收到的RF信號在頻移到較低的中頻頻帶后再頻移到基帶以恢復調制基帶信息的過程。AGC跟蹤信號強度，對增益進行調整，以便例如補償傳輸信道的擾動對接收信號的影響。AGC再加上其他均衡技術有助于消除由于傳輸信道的擾動而引起的碼間干擾(ISI)。ISI使得一個碼元的值由于其前、后碼元的值而發(fā)畸變。AGC是重要的，因為多個鄰近的手機和/或基站會相互干擾，因此系統(tǒng)的這些收發(fā)機必需用盡可能小的增益，以避免系統(tǒng)飽和導致干擾，也可以更有效地利用電池功率。這些和有關功能，以及有關調制方式和系統(tǒng)的詳細情況可參見Edward A.Lee和David G.Messerschmitt的“數(shù)字通信”(“DigitalCommunication”2d ed，BostonKluwer Academic Publishers，1994)。
接收機需要有一個比較穩(wěn)定的而又可控的采樣時鐘信號源，使它能鎖定到發(fā)射機的碼元時鐘上。為此已采用了壓控晶體振蕩器(VCXO)，因為VCXO產(chǎn)生的時鐘信號是穩(wěn)定的，而且在一個比較窄的范圍內可控，從而使它可鎖定到發(fā)射機的碼元時鐘上。也可以采用其他類型的定時恢復系統(tǒng)，諸如在1997年2月20日遞交的申請方為Thomson電器公司、發(fā)明者為Knutson等人的歐洲專利申請No.EP0793363中所揭示的“數(shù)字信號處理器的定時恢復系統(tǒng)”。
在一個擴頻多線路無線電話系統(tǒng)中，猶如在所有的擴頻系統(tǒng)中那樣，重要的是系統(tǒng)中的每個收發(fā)機要能精確地接收發(fā)送的信號，特別是要能以適當?shù)念l率和相位進行采樣，以改善信號的接收和恢復。在一個擴頻TDMA系統(tǒng)中，同樣重要的是每個收發(fā)機要能檢測有效數(shù)據(jù)信號，還要能檢測指示數(shù)據(jù)分組傳輸結束的保護帶。
本發(fā)明所提出的手機收發(fā)機的接收機用于具有多個無線手機和一個具有座機收發(fā)機的座機的無線電話系統(tǒng)。每個手機具有一個手機收發(fā)機，用來在一個共享信道上通過座機收發(fā)機與座機建立一個時分多址(TDMA)鏈路。每個手機在TDMA方式的一個獨占時隙期間進行通信，而TDMA方式在為在用手機分配接收由表示相繼碼元的相繼碼片組成的擴頻信號的TDMA方式的專用時隙期間為手機分配時隙。每個接收機具有一個或多個對所接收的擴頻信號進行解調的解調回路，每個解調回路的特性分別由一個或多個解調回路參數(shù)表征。接收機中的并行相關器檢測相關峰支路輸出，提供峰支路輸出和兩個相鄰支路輸出。接收機中的誤差估計器按照峰支路輸出和兩個相鄰支路輸出調整這些解調參數(shù)，以優(yōu)化對擴頻信號的解調。
在本說明書的附圖中

圖1為按照本發(fā)明的一個實施例設計的擴頻TDMA多線路無線電話系統(tǒng)的方框圖；圖2為按照本發(fā)明的一個實施例設計的圖1系統(tǒng)的TDMA方式的TDMA時隙結構的示意圖；圖3為按照本發(fā)明的一個實施例設計的圖1系統(tǒng)的收發(fā)機接收機的并行相關器的詳細方框圖；圖4為按照本發(fā)明的一個實施例設計的圖3接收機的工作流程圖；圖5為按照本發(fā)明的一個實施例設計的圖3接收機的詳細方框圖；以及圖6為示出定時誤差影響相關峰采樣的定時相位例示圖。
如下面要詳細說明的那樣，本發(fā)明在無線電話系統(tǒng)的座機和手機的接收機中用了一種解調體系結構，它用一個并行相關器為這種解調體系結構的誤差估計器產(chǎn)生一系列碼元和索引。這些誤差估計器利用并行相關器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對定時、載波偏置和AGC各回路進行跟蹤/調整，從而優(yōu)化或改善信號接收和恢復(截獲)或解調。本發(fā)明還利用并行相關器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)檢測有效數(shù)據(jù)信號和檢測指示數(shù)據(jù)分組傳輸結束的保護帶。
現(xiàn)在參見圖1，圖中示出了符合本發(fā)明的一個實施例的TDMA多線路無線電話系統(tǒng)100的方框圖。TDMA系統(tǒng)100包括一個座機110，它具有一個接收機單元112和一個發(fā)射機單元111，通過電話線路115接至外部電話網(wǎng)116。座機110有一個存儲數(shù)據(jù)的存儲器或存儲裝置(未示出)，諸如RAM或硬盤驅動器。系統(tǒng)100還包括N個無線手機1201，1202，…，120N。每個手機具有一個發(fā)射機和接收機單元(收發(fā)機)，例如手機1201的發(fā)射機121和接收機122。在任何時刻，有一些(或沒有)手機正在工作或摘機(即進行通話)。因此，系統(tǒng)100構成座機110與各個手機120i(1≤i≤N)之間的無線網(wǎng)。在一個實施例中，系統(tǒng)100包括4個手機1201-1204，它們可以同時都在用。在另一個實施例中，系統(tǒng)100包括不同數(shù)量的手機，例如N=12，但其中最多可以同時有8個在用(工作)。
在一個實施例中，本發(fā)明包括一個通過單個RF信道將多個收發(fā)機接至座機的擴頻TDMA系統(tǒng)。具體地說，系統(tǒng)100采用數(shù)字擴頻TDMA制式，使功率得到有效利用，因為每個工作手機在TDMA周期的大部分時間是“斷開”的(即既不發(fā)送又不接收數(shù)據(jù)，因而不用多少電池功率)，而只是在指配給它的時隙(時間段)內才“接通”。在一個實施例中，手機斷開至少對CPU和收發(fā)機(接收機和發(fā)射機)單元的供電，而只對時鐘和足以使CPU在預定時隙工作的有關定時器或定時監(jiān)視電路供電。在本發(fā)明中，座機110和各手機1201的收發(fā)機的接收機都采用本發(fā)明的解調體系結構來改善信號截獲。概括地說，通過按照并行相關器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)(峰值支路(bin)和相鄰支路)調整解調參數(shù)，例如定時、載波偏置和AGC這些回路，優(yōu)化或改善信號接收和恢復(截獲)，這在此可稱為優(yōu)化信號解調。
現(xiàn)在參見圖2，圖中示出了圖1所示系統(tǒng)100的TDMA方案200中所用的符合本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的TDMA時隙結構200的示意圖。系統(tǒng)100采用了具有結構200的TDMA周期(epoch)，其中假設總共有12個手機1201-12012，可以有8個同時在用或工作，例如為手機1201-1208。TDMA周期結構200包括若干行和列。TDMA結構200的每一行表示一個2ms的數(shù)字數(shù)據(jù)段。其中的奇行(段)分別與偶行兩兩成對。TDMA周期結構200是一個48ms的周期。
在普通工作模式，每段包括總共9個分組處在第一列的一個(非音頻)數(shù)據(jù)分組(由座機或手機發(fā)送)；8個兩兩結成4對的音頻分組。一行內每對這樣的音頻分組包括一個座機音頻傳輸分組(時隙)(從座機110發(fā)給某個手機)和一個手機音頻傳輸分組(從這個手機發(fā)給座機)。每種分組含有各個子段。例如，一個數(shù)據(jù)分組包括一個32比特的同步段、一個數(shù)據(jù)段、一個FEC(前向糾錯)段和大約5ms的保護時間或保護帶/寂靜隔離段。一個數(shù)據(jù)分組內的數(shù)據(jù)用來實現(xiàn)座機與一個特定的手機之間的通信，含有各種信息，例如主叫方ID型信息、距離和功率信息等。一個音頻分組包括一個音頻分組頭標、FEC數(shù)據(jù)段和保護時間。音頻分組標頭例如含有標識音頻分組(諸如手機、當前在周期內的位置等信息)。
因此，在每個周期內，分配給每個手機一對數(shù)據(jù)分組時隙和幾對音頻分組時隙。數(shù)據(jù)分組時隙用來與各手機分別建立相應“數(shù)據(jù)鏈路”，音頻分組時隙用來與各手機分別建立相應“音頻鏈路”。這些數(shù)據(jù)鏈路一起構成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信道，而這些音頻鏈路構成系統(tǒng)的音頻信道。也就是說，TDMA周期結構200的第一列相應于數(shù)據(jù)信道(各數(shù)據(jù)鏈路)，而其余各列相應于音頻信道(各音頻鏈路)。
對于一個給定手機的數(shù)據(jù)鏈路用來以數(shù)據(jù)分組發(fā)送這里統(tǒng)稱為信令信息的非音頻數(shù)據(jù)。每個數(shù)據(jù)分組是在一個離散的時隙期間從座機發(fā)給一個給定手機或從這個手機發(fā)給座機的一組數(shù)據(jù)，而在這段時間內沒有其他手機在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信道上接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)分組可以含有各種數(shù)據(jù)，例如發(fā)送給一個處在體眠模式的手機的帶有時間標記的同步數(shù)據(jù)或字，主叫方ID信息，呼入信息，手機撥出的電話號碼等。數(shù)據(jù)鏈路傳送的信令信息用來建立呼叫、通知手機有呼入、維護手機與座機之間的通信鏈路等。
語音數(shù)據(jù)，也就是含有實時通話的音頻數(shù)據(jù)的音頻分組發(fā)送到給定手機的音頻鏈路上。一個手機的音頻鏈路的帶寬要比數(shù)據(jù)鏈路的帶寬大得多。這是因為在每個周期內分配給每個手機只有一對數(shù)據(jù)分組時隙而有幾對音頻分組時隙。例如，對于同時最多可有8個手機摘機、總共有12個(N=12)的手機1201-12012的情況，每周期每個手機有12對音頻分組，而只有一對數(shù)據(jù)分組，因此一個音頻信道(或鏈路)的帶寬是數(shù)據(jù)信道(或鏈路)的帶寬的12倍。音頻分組含有數(shù)字化的(可能還經(jīng)壓縮的)語音信息。
因此，例如，行對0包括一個偶行和一個奇行。在偶行中，座機在第一時隙(時隙251)內將數(shù)據(jù)發(fā)送給12個手機之一，例如手機1201。對于每個手機來說，周期200內有一個行對，因此每個手機在一個周期內可以有一次接收和向座機110發(fā)送數(shù)據(jù)。在第一數(shù)據(jù)時隙251后，假設手機1201工作(摘機)，就在音頻分組時隙253內將一個音頻分組發(fā)送給手機1201，然后在音頻分組時隙254內手機1201將一個音頻分組發(fā)送給座機110，對于其他3個手機也是這樣，直至這一段或行結束。在行對0的奇行內，數(shù)據(jù)時隙252用來接收手機1201發(fā)給座機110的數(shù)據(jù)，而音頻分組時隙用于發(fā)送其余在用手機的音頻分組。在行對1-11中，所出現(xiàn)的情況與此相同，只是數(shù)據(jù)分組是發(fā)給和來自與行對0中不同的手機。
在一種工作模式中，每個手機在周期地分配給本手機接收音頻數(shù)據(jù)的每個時隙期間接收16個4比特的ADPCM(自適應差分脈沖編碼調制)樣點，而在周期的分配給本手機發(fā)送音頻數(shù)據(jù)的每個時隙期間向座機發(fā)送16個ADPCM樣點。在另一種工作模式中，通過將每個樣點的量降低為2比特樣點，可以將樣點數(shù)加倍為每個時隙32個。ADPCM和有關技術問題的詳細情況可參見國際電信聯(lián)盟(ITU)的推薦書G.727，(12/1990)，“5、4、3、2比特樣點嵌入的自適應差分脈沖編碼調制”(“5-，4-，3-and 2-Bits Sample Embedded AdaptiveDifferential Pulse Code Modulation(ADPCM)”)http//www.itu.ch。
本發(fā)明利用每個鏈路接收機方的獨立的自動增益控制(AGC)、載波跟蹤回路(CTL)和定時回路獨立地跟蹤與這三個回路或塊關聯(lián)的解調參數(shù)和狀態(tài)。與這三個回路關聯(lián)的狀態(tài)和參數(shù)由誤差估計器根據(jù)并行相關器產(chǎn)生的索引加以調整，以改善或允許對接收信號進行同步或截獲。這些狀態(tài)和參數(shù)在此統(tǒng)稱為解調參數(shù)。
在一個優(yōu)選實施例中，本發(fā)明是在一個數(shù)字系統(tǒng)中實現(xiàn)的，三個解調器回路或塊(AGC，CTL和定時)的狀態(tài)都是在數(shù)字域內。在另一個實施例中，可以利用某些模擬域。
現(xiàn)在參見圖3，圖中詳細示出了按照本發(fā)明的一個實施例設計的圖1系統(tǒng)100的一個收發(fā)機的接收機的并行相關器300的方框圖。現(xiàn)在參見圖5，圖中示出了按照本發(fā)明的一個實施例設計的一個包括圖3并行相關器300的接收機500的方框圖。接收機500可以是一個手機的接收機122，也可以是一個座機110的接收機112，而且還包括按照從DAC541和AGC回路533反饋的AGC接收RF信號和為ADC521提供近基帶信號。ADC521用一個外加的固定時鐘例如以2倍的碼片率對近基帶信號進行采樣。
如將看到的那樣，在通信系統(tǒng)中通常要對時鐘恢復進行定時誤差估計。傳統(tǒng)的定時恢復方法包括用一個反饋控制系統(tǒng)根據(jù)輸入的信號估計定時誤差，將這誤差濾波后驅動一個VCXO來調整本機產(chǎn)生的時鐘的相位。例如，有時采用判決定時誤差估計，它利用非判決反饋技術，例如Gardner算法，參見F.M.Gardner的“采樣接收機的BPSK/QPSK定時誤差檢測器”(“A BPSK/QPSK Timing-Error Detector for SampledReceivers”TEEE Trans.on Comm，May 1986，pp.423-429)。有時也采用判決反饋技術，例如Müller和Mueller算法，參見K.H.Mueller和M.Müller的“數(shù)字同步數(shù)據(jù)接收機中的定時恢復”(“TimingRecovery in Digital Synchronous Data Receivers”IEEE Trans.onComm.May 1976，pp.516-530)。然而，在本發(fā)明中，誤差估計器用并行相關器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來跟蹤/調整定時、載波偏置和AGC三個回路，改善信號的接收和恢復。具體地說，內插/定時恢復塊522按照來自定時回路532的定時反饋調整碼元同步的采樣相位；消旋器523按照來自載波或CTL回路531的載波反饋對信號消旋，將信號頻移至基帶。因此，消旋器523為并行相關器300提供相位經(jīng)校正的信號。并行相關器300為誤差估計器524提供碼元和相關峰數(shù)據(jù)，詳細情況將在下面說明。誤差估計器524根據(jù)相關器300提供的數(shù)據(jù)調整控制回路531、532和533的解調參數(shù)，改善信號截獲。定時回路532用來建立接收機的采樣同步，使得采樣在適當時間進行。
再來看圖3，并行相關器300在一個實施例中包括一列32個I相關器3100-31031和一列32個Q相關器3200-32031，分別產(chǎn)生一對I、Q，例如I0、Q0。I和Q各用32個相關器是因為所用的采樣率是切普率的兩倍，而每個碼元有16個碼片(即“擴頻碼”或PN序列的長度為16)。因此，每個碼元相應于16個碼片或32個樣點。通常，相關器的個數(shù)等于擴頻碼的長度乘以每個碼片的樣點數(shù)。因此，在圖3中示出總共64個相關器。如果采用復數(shù)的擴頻碼，就只需要32個復數(shù)相關器，因為每個碼片有兩個樣點，對于16個PN碼片來說每個碼片重復一次就產(chǎn)生32個樣點碼片。本發(fā)明用以碼元率產(chǎn)生的誤差信號以樣點率更新碼元定時、載波偏置和AGC。如將可看到的那樣，在其他實施例中也可以用16以外的PN碼片數(shù)和樣點數(shù)，例如15或17。
每個I相關器310i包括乘法器節(jié)點311i、積分和清零塊312i和積累(平均)塊313i。每個Q相關器320i包括同樣的器件。每個相乘或乘法器節(jié)點311i或321i都接收相應樣點(分別為Ii或Qi)和PN序列的第i個二進制數(shù)字PNi作為輸入。
當I、Q對分別送至絕對值加法器3400-34031，相應產(chǎn)生各支路(bin)輸出bin0-bin31。這些輸出送至置信搜索判決塊345，產(chǎn)生一個索引送至多路開關(MUX)346，產(chǎn)生信號Valid(有效)、binL(左鄰)和binR(右鄰)送至誤差估計器524。
如將看到的那樣，并行相關器300執(zhí)行“相關”功能，通過檢測出“相關峰”使接收機500知道每個碼片序列的開始和結束，從而可得出各碼元。例如，如果接收機系統(tǒng)300正確同步，接收到一個有效信號，那么I2、Q2對可以是表示當前接收的碼元的有效碼元對。在這種情況下，bin0、bini、bin3、…bin31將都具有較小的值，而bin2具有比較大的值，或者說峰值。這是因為Ii和Qi在本例中理想情況下都具有為±1的值，對于i={0，1，3，…31｝，而I2和Q2具有為±32的值，因為是與正確對準的PN序列相乘。
正如將看到的那樣，加法器340i用的是絕對值，這是因為使用復數(shù)的I、Q對，接收信號可以旋轉而具有不同的相位。加法器340i因此測量的是復數(shù)信號的功率。這樣，相關峰可由搜索塊345通過比較bin0-bin31檢測出來，即使接收信號在相位上有一些旋轉。
如圖所示，MUX346接收所有32對I、Q作為輸入，按照搜索塊345提供的索引信號選擇其中一對Isym、Qsym為截獲碼元。在一個實施例中，搜索塊345通過確定哪路bin信號是峰，即與相鄰各路比較是最大的，確定索引。例如，在上例中，bin2是一個峰，因此索引為2，于是有Isym，Qsym=I2，Q2。并行相關器300的輸出端上的碼元流送至FEC系統(tǒng)(未示出)?？梢岳斫猓瑥囊粋€遠地發(fā)射機接收到的RF信號與接收機并不同步，因此接收機500的RF電路510、ADC521和內插/定時恢復器522很可能不能在RF信號的合適的點上采樣。然而，因為是以兩倍的碼片率采樣的，因此搜索塊345通常還是能檢測到某個峰，即使是如果可以達到較好的采樣同步的話峰支路與相鄰支路之間的對比度會更大一些。在最差的情況下，兩個相鄰支路也具有相同的峰值。在這種情況下，可以任選一路，依此調整解調參數(shù)，如下所述。
搜索塊345還向誤差估計器524提供信號Valid、binL和binR。這些信號分別等于binp、binp-1和binp+1，其中“p”表示峰支路。因此，發(fā)送的是峰支路的支路信號和它的左鄰支路和右鄰支路的支路信號。這些由并行相關器300提供的信號由誤差估計器524用來得出誤差信號用以調整分別控制回路531、532、533的解調參數(shù)使信號解調優(yōu)化。誤差估計器524在功能上可用一個處理器或專用硬件實現(xiàn)，正如將看到的那樣。
因此，誤差估計器524將所采到的相關峰與相鄰的支路(binL，binR)進行比較分析來調整定時回路532，優(yōu)化樣點相位定時。此外，誤差估計器524分析峰支路來調整CTL回路531，優(yōu)化消旋操作。誤差估計器524還分析峰支路的功率來調整AGC回路533，優(yōu)化RF電路510的增益。這些調整使相關得到優(yōu)化，從而增大了擴頻通信的穩(wěn)定性。
就優(yōu)化樣點相位定時而言，如果解調參數(shù)得到最佳調整，那么峰值支路的binp與它的相鄰支路(binL和binR)之間的差為最大，而且binL和binR與binp之差近似相等。也就是說，在定時得到優(yōu)化調整時，峰binp發(fā)生在采到的相關峰處?，F(xiàn)在參見圖6，其中例示了相關峰采樣與定時誤差關系的一些定時相位圖600。正確或最佳的定時相位示于圖610，超前的定時相位示于圖620，而滯后的定時相位示于圖630。每個圖都示出了接收信號的解擴相關以及與binp、binL和binR相應的峰點和左、右鄰點。例如，在圖610中，支路611、612和613分別相應于binL、binR和binp。如圖所示，支路611和612是對稱的都低于峰值支路613。然而，如果定時相位超前，就是次最佳的，binL(圖620的支路621)具有比binR(支路622)大的幅度。類似，如果定時相位滯后，也是次最佳的，如圖630所示。
因此，在本發(fā)明中，并行相關器向誤差估計器524提供binp、binL和binR。每當誤差估計器524檢測到定時相位超前或滯后時，就產(chǎn)生誤差信號，調整定時回路532，以獲得正確的樣點定時相位。因此，在本發(fā)明中，如果樣點定時相位超前或滯后(非最佳的)，誤差估計器524提供誤差信號，調整與定時回路532關聯(lián)的解調參數(shù)，使binp最大，從而使binL和binR最小而且相等。
就優(yōu)化消旋而言，誤差估計器524將接收到的峰支路與一個最佳的或理想的(沒有旋轉的)峰支路相比較，如果必要的話就調整CTL回路531，以達到更好或理想的消旋。就優(yōu)化增益而言，誤差估計器524將峰支路的功率與最佳或理想功率或增益峰支路相比較，如果必要的話就調整AGC回路533，以獲得較優(yōu)或理想的解調增益。
再來看圖3，因此在本發(fā)明中，并行相關器300對定時/載波鎖定進行檢測，為誤差估計器524產(chǎn)生碼元/索引。誤差估計器524利用平行相關器300產(chǎn)生的數(shù)據(jù)跟蹤/調整載波偏置、定時和AGC回路531、532、533。由于實現(xiàn)了一系列平行工作、各自用已知的而具有不同樣點延遲的PN序列執(zhí)行相關運算的相關器，從而能以碼元率獲得接收碼元的相關曲線(各相關支路輸出)。利用這些并行處理的相關器，從各相關支路輸出(相關曲線)和各并行相關器的索引可以同時得到全部調整ADC521樣點定時所需的定時誤差信號、調整消旋器523所需的載波頻率偏置和調整RF電路510所需的AGC反饋。因此，本發(fā)明提供了一種估計這些誤差信號而同時又保持解擴處理增益的更為有效和精確的方法。
在一個實施例中，采用一個TDMA系統(tǒng)，幾個收發(fā)機在單個RF信道上分別通過鏈路與座機110連接。本發(fā)明優(yōu)異地采用了一種在同一個RF信道維護現(xiàn)有RF鏈路和建立初始冷啟動RF鏈路以及確定在碼元定時、載波頻率跟蹤和AGC中通信鏈路是否鎖定的技術。
現(xiàn)在參見圖4，圖中示出了按照本發(fā)明的一個實施例設計的圖3接收機操作方法400的流程圖。方法400提供了一種確定在碼元定時、載波跟蹤和AGC中通信鏈路是否已經(jīng)建立(是否有一個有效數(shù)據(jù)信號)和檢測指示數(shù)據(jù)分組發(fā)送結束的保護帶的技術。保護帶檢測對于冷啟動和在信號之間有效切換是很重要的，它使手機可以在冷啟動時在正確的TDMA周期位置上與座機同步。
在一個TDMA系統(tǒng)中，假設有些手機只是在它們各自的TDMA周期時隙期間“接通”，本發(fā)明的方法400還考慮到對系統(tǒng)100的適當收發(fā)機的鎖定。這是可以達到的，因為每個手機收發(fā)機都能檢測在它的時隙開始處接收一個有效數(shù)據(jù)信號的時間，也能檢測指示數(shù)字分組傳輸結束的保護帶。這使手機可以斷開一段規(guī)定的定時時間(通常用一個監(jiān)視定時器實現(xiàn))后在TDMA周期中它的下個時隙開始時“醒來”。
在數(shù)據(jù)接收前一些時間或與初始化同時，通過復位峰檢測門限后計算M個(例如5個)峰支路輸出的滑動平均而不考慮保護帶計算出一個峰檢測門限(步驟401，402)。這個門限于是計算為前M個峰支路輸出的滑動平均，然后再按比例縮小一個數(shù)量級(步驟403)。
在一個給定的收發(fā)機的數(shù)據(jù)時隙開始處，它的監(jiān)視定時器“喚醒”收發(fā)機，它開始進行初始化，或者也可以在接收到一個有效信號時開始初始化(步驟430，431-434)。初始化和確定峰檢測門限后，方法400確定是否在接收有效數(shù)據(jù)或是否已遇到了保護帶。只要是在接收有效數(shù)據(jù)，操作就滿意地進行。如果檢測到太多的差錯，就采取一些步驟試圖鎖定。如果檢測到一個保護帶，收發(fā)機可以激活一個監(jiān)視定時器，直至下個數(shù)據(jù)或音頻時隙再去活。
因此，初始化后，如果搜索標志(搜索保護帶的標志)沒有置位，本方法就尋找M個峰值一段時間(步驟441，442，444)以確定是否已有有效數(shù)據(jù)被接收到。如果在這段時間內沒有檢測到有效數(shù)據(jù)，就嘗試不同的載波、AGC或信道設置和進步局部初始化(步驟444-447)，如果必要的話再執(zhí)行冷啟動(步驟448)。有利的是，搜索M個峰(或K個非峰)是以碼元率進行的，因為并行相關器300提供對于每個碼元的所有相關支路的輸出。因此，在一個實施例中，方法400搜索相關峰支路索引的一致性。具體地說，橫跨N個碼元，如果M個陸續(xù)的相關峰支路處在相同的索引(即如果有M個陸續(xù)的相關峰都出現(xiàn)在同一個相關支路上，例如陸續(xù)有M次bin2都是一個峰)，就可以表示已初始鎖定。
如果檢測到M個峰，表明接收到有效數(shù)據(jù)，于是將搜索標志置位，方法400通過尋找K個一致低于峰檢測門限的峰支路輸出來搜索保護帶(步驟442，443，441，421)。搜索K個低于門限的峰支路輸出一直繼續(xù)到超過預定時間，于是嘗試不同的載波、AGC或通信設置(步驟422，445-447)。如果搜索到K個峰，也就是發(fā)現(xiàn)了保護帶，于是將各標志和計數(shù)器復位，因為數(shù)據(jù)分組傳輸結束(步驟421，423)。然后，收發(fā)機進入等待狀態(tài)，直至出現(xiàn)它的下個數(shù)據(jù)分組傳輸時隙。在下個數(shù)據(jù)時隙開始時，收發(fā)機再開始接收數(shù)據(jù)，而并行相關器300向誤差估計器524提供binp、binL和binR，在必要的情況下用以調整回路531、532和533的解調參數(shù)。在這個階段，CTL回路531校正頻率偏置，而定時恢復回路532校正定時誤差。AGC回路533跟蹤任何信號強度的起伏。
為了獲得更可信的鏈路鎖定，在一個實施例中，進行比特模式匹配，將這些解碼得到的比特與一些已知的比特模式，例如一個數(shù)據(jù)分組標頭，進行匹配(步驟421，423，424，427)。如果在某個預定時幀內沒有達到比特模式匹配，就宣告是一個虛假鎖定(步驟425)。此時，過程通過改變信號增益(AGC)和本機載波頻率再嘗試的各個步驟(步驟445-447)從新開始。如果解碼得到的比特模式與所存儲/已知的比特模式之一匹配，于是就建立RF鏈路(步驟427)。確定系統(tǒng)處在TDMA周期內的位置(步驟428)后，設置各適當?shù)挠嫈?shù)器值和進行其他TDMA周期交流(步驟429)。步驟429導致處理器實現(xiàn)步驟431及其后步驟，使CTL回路531校正頻率偏置和使定時恢復回路532校正定時誤差。然后，使AGC回路533跟蹤任何信號強度起伏。
一旦宣告誤差信號有效，工作在閉環(huán)的碼元定時回路531和載波跟蹤回路532將校正定時和載波頻率的任何偏差。當然，即使是在碼元定時和載波頻率有某些偏差時仍能得到相關峰支路輸出。在一個實施例中，載波頻率可以偏離到100KHz，仍能產(chǎn)生一個相關峰支路輸出。
如果檢測到有M個在一個給定索引的一致峰支路輸出(步驟442)，就將搜索標志置信，表示可能存在一個有關的數(shù)據(jù)分組(步驟443)。這個搜索標志使一個保護帶搜索塊啟動，搜索這個分組的邊界。步驟403得出的門限值用來確定是否在搜索/凍結標志置位后已發(fā)現(xiàn)一個保護帶。這個值根據(jù)前M個峰支路輸出的平均再縮小一個數(shù)量級計算得出。因為系統(tǒng)100是一個TDMA系統(tǒng)，因此可以建立一個計數(shù)器，從而就能知道下一個可能的有關數(shù)據(jù)分組將在什么時間到達。下個數(shù)據(jù)分組于是將用來產(chǎn)生誤差信號，解碼后用于標識。一旦獲得正確的標識(或者說比特模式匹配)，微處理器就對各個用來指向正確時隙的計數(shù)器進行設置。
如果在預定時間內沒有獲得正確的標識，就使本機載波頻率(LO)或AGC回路步進到另一個值，例如LO的步長為50KHz，而AGC的步長為10dB。再啟動對M個一致索引和保護帶的搜索。在這些塊中都可采取置信措施，保證高度可靠地建立RF鏈路。例如，搜索和凍結標志只是在獲得了三次陸續(xù)M個一致索引后才置位。應注意的是，搜索一致索引的持續(xù)時間應延續(xù)至少兩段。這是因為座機110將每隔一段發(fā)送數(shù)據(jù)，如圖2所示，即使沒有手機在用。
這個操作由一個微處理器協(xié)調，也就是說，達到初始鎖定后，微處理器可以提供一些用于比特模式匹配操作的參數(shù)或值。初始鎖定由硬件實現(xiàn)，而宣告最終鎖定則由微處理器在上一層確定。一旦鏈路建立，就將用來指向TDMA系統(tǒng)內正確時隙或幀的各計數(shù)器分別設置到由微處理器確定的相應數(shù)。
除了如在上面說明的無線電話系統(tǒng)的數(shù)字通信，本發(fā)明也可用于例如BPSK、QPSK、CAP和QAM，以及諸如對于在美國使用而提出的Grand Alliance高清晰電視(HDTV)系統(tǒng)所采用的VSB調制系統(tǒng)。熟悉本技術領域的人員可以理解，在設計上需要進行哪些改變才能使所揭示的發(fā)射機調制系統(tǒng)適合所要求的調制方式，以及怎樣設計所例示的這些組成部分才能與所要求的調制方式配合。
熟悉本技術領域的人員可以看到，以上說明的按本發(fā)明原理構成的無線系統(tǒng)可以是一個蜂窩系統(tǒng)，其中的座機110表示一個為蜂窩電話網(wǎng)內小區(qū)之一服務的基站。
可以理解，熟悉本技術領域的人員可以在不偏離如在以下權利要求所給出的本發(fā)明的原理和專利保護范圍的情況下對以上為了說明本發(fā)明的實質所例示的這些部分的細節(jié)、構件和配置進行各種改動。
權利要求
1．一種接收由表示相繼碼元的相繼碼片(切普)組成的擴頻信號的接收機，所述接收機包括(a)一個或多個對所接收的擴頻信號進行解調的解調回路，每個解調回路的特性分別由一個或多個解調回路參數(shù)表征；(b)一個檢測相關峰支路輸出的并行相關器，所述并行相關器提供峰支路輸出和兩個相鄰支路輸出；以及(c)一個按照至少所述峰支路輸出和兩個相鄰支路輸出之一調整所述各解調參數(shù)以優(yōu)化對所述擴頻信號的解調的誤差估計器。
2．權利要求1的接收機，其中所述接收機是一個無線電話系統(tǒng)的一個無線手機的手機收發(fā)機的一個部件，所述無線電話系統(tǒng)包括所述無線手機、多個其他無線手機和一個座機，所述座機有一個座機收發(fā)機，用來在一個RF信道上與各手機通信。
3．權利要求2的接收機，其中所述每個手機都包括一個手機收發(fā)機，用來在一個共享信道上通過座機收發(fā)機與所述座機建立一個時分多址(TDMA)鏈路，每個手機在一個TDMA方式的一個獨占時隙期間進行通信，所述TDMA方式在一個TDMA方式的為在用手機分配時隙的專用時隙期間為手機分配時隙。
4．權利要求3的接收機，所述接收機還包括搜索M個陸續(xù)峰支路輸出都高于一個門限以確定所述接收機正在接收有效數(shù)據(jù)的裝置，以及搜索K個陸續(xù)峰支路輸出都低于峰門限以確定所述接收機正在接收保護帶數(shù)據(jù)的裝置。
5．權利要求4的接收機，其中所述接收機啟動一個倒計時定時器，按照這個倒計時定時器在一個數(shù)據(jù)分組傳輸結束時斷開，而在本手機下個時隙再接通進行工作。
6．權利要求1的接收機，其中所述一個或多個解調回路包括一個自動增益控制(AGC)回路、一個載波跟蹤回路(CTL)和一個定時回路。
7．權利要求6的接收機，其中所述誤差估計器確定相鄰支路輸出是否不等，從而按照采得的相關峰和相鄰支路輸出調整定時回路，以便使相鄰支路輸出相等。
8．權利要求6的接收機，其中所述誤差估計器將峰支路輸出與一個在無旋轉情況下的最值峰支路輸出相比較，按照比較結果調整CTL，以便使對信號的消旋最佳。
9．權利要求6的接收機，其中所述誤差估計器將峰支路輸出的功率測定與一個最佳功率測定相比較，按照比較結果調整AGC回路，以便使信號增益最佳。
10．權利要求1的接收機，其中每個所述回路的特性分別由一個或多個解調回流參數(shù)表征，而所述誤差估計器按照根據(jù)峰支路輸出和至少兩個相鄰支路輸出得出的各誤差信號分別調整相應解調參數(shù)來調整這些回路。
11．權利要求1的接收機，所述接收機還包括一個處理器，所述處理器包括搜索M個陸續(xù)峰支路輸出都高于峰門限以確定所述接收機正在接收有效數(shù)據(jù)的裝置。
12．權利要求11的接收機，其中所述處理器還包括搜索K個陸續(xù)峰支路輸出都低于峰門限以確定所述接收機正在接收保護帶數(shù)據(jù)的裝置。
13．一種在一個接收機內接收由表示相繼碼元的相繼碼片組成的擴頻信號的方法，所述方法包括下列步驟(a)用一個或多個解調回路對所接收的擴頻信號進行解調，每個解調回路的特征分別由一個或多個解調回路參數(shù)表征；(b)用一個并行相關器檢測相關峰支路輸出；(c)用所述并行相關器提供峰支路輸出和兩個相鄰支路輸出；以及(d)按照所述峰支路輸出和兩個相鄰支路輸出調整所述各解調參數(shù)以優(yōu)化對所述擴頻信號的解調。
14．一種無線電話系統(tǒng)，包括(a)一個座機，所述座機具有一個座機收發(fā)機；以及(b)多個無線手機，每個所述手機都有一個手機收發(fā)機，用來按照每個手機在TDMA周期的一個獨占時隙期間進行通信的TDMA方式在一個共享信道上通過座機手發(fā)機與所述座機建立一個無線擴頻TDMA鏈路，每個手機收發(fā)機都有一個接收機，它包括(1)一個或多個對所接收的由表示相繼碼元的相繼碼片組成的擴頻信號進行解調的解調回路，每個解調回路的特性分別由一個或多個解調回路參數(shù)表征；(2)一個檢測相關峰支路輸出的并行相關器，所述并行相關器提供峰支路輸出和兩個相鄰支路輸出；以及(3)一個按照至少所述峰支路輸出和兩個相鄰支路輸出之一調整所述各解調參數(shù)以優(yōu)化對所述擴頻信號的解調的誤差估計器。
全文摘要
本發(fā)明提出了用于具有多個無線手機和一個具有座機收發(fā)機的座機的無線電話系統(tǒng)的手機收發(fā)機的接收機。每個手機具有一個手機收發(fā)機,用來在一個共享信道上通過座機收發(fā)機與座機建立一個時分多址(TDMA)鏈路。每個手機在為在用手機分配時隙的TDMA方式的一個獨占時隙期間進行通信,接收由表示相繼碼元的相繼碼片組成的擴頻信號。每個接收機具有一個或多個對所接收的擴頻信號進行解調的解調回路,每個解調回路的特性分別由一個或多個解調回路參數(shù)表征。接收機中的并行相關器檢測相關峰支路輸出,提供峰支路輸出和兩個相鄰支路輸出。接收機中的誤差估計器按照峰支路輸出和兩個相鄰支路輸出調整這些解調參數(shù),以優(yōu)化對擴頻信號的解調。
文檔編號H04L25/03GK1285092SQ98813600
公開日2001年2月21日 申請日期1998年12月9日 優(yōu)先權日1997年12月12日
發(fā)明者D·C·施, K·拉馬斯瓦米, P·G·克努特森 申請人:湯姆森消費電子有限公司