專(zhuān)利名稱(chēng)：并行擴(kuò)頻通信系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信，尤其涉及用于提供擴(kuò)頻相關(guān)的通信的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
擴(kuò)頻通信技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用。例如，擴(kuò)頻起源于對(duì)偵聽(tīng)/竊聽(tīng)敏感以及容易受到有意介入干擾/人為干擾的軍事通信。然而，已經(jīng)發(fā)展了用于擴(kuò)頻的商業(yè)應(yīng)用的主機(jī)，特別是在無(wú)線通信的領(lǐng)域中，例如，蜂窩式移動(dòng)通信。
擴(kuò)頻的基本概念與長(zhǎng)期的通信實(shí)踐相反。特別是，常規(guī)的實(shí)踐重在使信息承載信號(hào)的頻率帶寬減到最小，以便于將更多的信號(hào)適應(yīng)于通信鏈路(信道)。恰恰相反，擴(kuò)頻的目標(biāo)是充分增加信息承載信號(hào)的帶寬。的確，擴(kuò)頻通信鏈路占據(jù)的帶寬大大高于標(biāo)準(zhǔn)通信鏈路所需的最小帶寬。即，擴(kuò)頻信號(hào)一般所占據(jù)的帶寬要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)根據(jù)奈奎斯特(Nyquist)理論傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)所需的帶寬。正如下面將要更詳細(xì)討論的那樣，該帶寬增加有助于減小各種形式的干擾的不利后果。
在擴(kuò)頻系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)在發(fā)射前就擴(kuò)展(增加)信息承載信號(hào)的帶寬。接收機(jī)一旦接收到信號(hào)，就以基本相同的量來(lái)解擴(kuò)(減小)帶寬。理想的是，所接收信號(hào)經(jīng)解擴(kuò)后與擴(kuò)展之前的傳輸信號(hào)相同。然而，通信信道一般都會(huì)引入某種形式的窄帶(相對(duì)于擴(kuò)展帶寬)干擾。
一種普通類(lèi)型的擴(kuò)頻系統(tǒng)是直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)(“DSSS”)。采用DSSS系統(tǒng)，擴(kuò)頻是通過(guò)將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與二進(jìn)制偽噪聲序列(“PN-序列”或“PN碼”)相乘而獲得的，這也被稱(chēng)之為偽隨機(jī)序列或碼片(chippingcode)，其符號(hào)速率是二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼率的許多倍。擴(kuò)展序列的符號(hào)速率有時(shí)被稱(chēng)之為碼片速率。該碼片與數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)且包括用于要傳輸?shù)母鱾€(gè)比特的冗余比特模式。實(shí)際上，該碼片提高了所傳輸信號(hào)的抗干擾能力。如果在傳輸過(guò)程中損失了模式中的一比特或多比特，但由于傳輸中有冗余碼，原始的數(shù)據(jù)仍能夠恢復(fù)。偽噪聲序列是值為-1或1(極性)，或者0和1(非極性)的碼序列，它具有其它的相關(guān)特性。
圖1描述了傳統(tǒng)的直接序列(“DS”)擴(kuò)頻的擴(kuò)展技術(shù)。有幾類(lèi)眾所周知的偽噪聲序列，可以適用于DSSS系統(tǒng)，例如，M序列、Gold(戈德)碼和Kasami碼；各類(lèi)序列或碼都具有它自己的特殊性能。一個(gè)碼中碼片的數(shù)量被稱(chēng)之為該碼的周期(N)。例如，如果一個(gè)完整的PN序列與一個(gè)單個(gè)數(shù)據(jù)位相乘(正如圖1所示，采用N＝7)，信號(hào)的帶寬與因數(shù)N相乘，這也被稱(chēng)為處理增益。換句話(huà)說(shuō)，擴(kuò)頻通信中的處理增益直接與序列的長(zhǎng)度有關(guān)。參考圖2A，如果使用M序列的碼，則功率譜的效應(yīng)是功率譜密度為sinc 2(x)函數(shù)的形狀。
通過(guò)必要的干擾抑制就可容易地看到使用擴(kuò)頻技術(shù)的益處。影響信號(hào)的干擾主要有三類(lèi)人為干擾，多址訪問(wèn)以及多路徑。當(dāng)另一信號(hào)是預(yù)先有準(zhǔn)備的(例如采用軍事干擾機(jī))或者是不小心地疊加在該信號(hào)上時(shí)，就會(huì)發(fā)生人為干擾。在信號(hào)與其它其他信號(hào)分享相同頻率頻譜時(shí)，就會(huì)發(fā)生多址訪問(wèn)干擾。多路徑干擾法發(fā)生在信號(hào)本身被延遲時(shí)。
關(guān)于人為干擾，敵對(duì)一方或“干擾機(jī)”在定位擴(kuò)頻信號(hào)時(shí)有一個(gè)困難時(shí)間。事實(shí)上，在擴(kuò)展之后，擴(kuò)頻信號(hào)與噪聲相擾頻，見(jiàn)圖2B，人為干擾的信號(hào)僅僅限于一小部分頻譜，在信號(hào)解擴(kuò)(縮譜)之后，人為干擾就被衰減到了噪聲的電平，見(jiàn)圖2C，并且信息可以得到恢復(fù)，見(jiàn)圖2D。在商業(yè)應(yīng)用中，擴(kuò)頻通信的主要優(yōu)點(diǎn)是消除了來(lái)自另一個(gè)發(fā)射機(jī)的集中干擾。
與多址訪問(wèn)相關(guān)的擴(kuò)頻的益處具有很大的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。從商業(yè)應(yīng)用的觀點(diǎn)來(lái)看，擴(kuò)頻通信允許多個(gè)用戶(hù)以相同的頻帶進(jìn)行通信。當(dāng)采用該方式時(shí)，它就變成了頻分多址(“FDMA”)或時(shí)分多址(“TDMA”)的一種替代方案，且通常被稱(chēng)之為碼分多址(“CDMA”)或擴(kuò)頻多址(“SSMA”)。當(dāng)使用CDMA時(shí)，該組中的各個(gè)信號(hào)都給出了它自己的擴(kuò)展序列。FDMA要求所有的用戶(hù)都采用互不相交的頻帶并且及時(shí)的同步發(fā)射。TDMA通過(guò)將唯一的時(shí)隙分配給各個(gè)信道中的每一個(gè)用戶(hù)來(lái)要求所有的用戶(hù)都采用相同的帶寬。相反，CDMA則通過(guò)它們所采用的特定擴(kuò)展碼來(lái)區(qū)分接收機(jī)上相互不同的波形。
CDMA應(yīng)用在無(wú)線通信中尤為有益。這些應(yīng)用可以包括蜂窩式通信，個(gè)人通信服務(wù)(“PCS”)，以及無(wú)線局域網(wǎng)。它普及的主要理由是由于在多徑衰落信道上發(fā)射時(shí)擴(kuò)頻波形所顯示的性能。為了說(shuō)明這一概念，假如DS發(fā)信號(hào)。只要擴(kuò)展序列的單個(gè)碼片的持續(xù)時(shí)間小于多路徑延遲的擴(kuò)展，則DS波形的使用就為系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供了兩種選擇中的一種選擇。多路徑可以作為干擾形式來(lái)處理，這就意味著接收機(jī)應(yīng)該盡量地衰減它。的確，在這樣的條件下，由于系統(tǒng)的處理增益的原因，所有的多路徑返回到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間延遲都大于從使接收機(jī)同步于多路徑返回開(kāi)始的碼片時(shí)間(通常是第一返回)，且都得到了衰減。另外，被來(lái)自主路徑的多個(gè)碼片時(shí)間分離的多路徑返回代表接收信號(hào)上的單獨(dú)“式樣”，且它可用來(lái)建設(shè)性地增強(qiáng)接收機(jī)的整體性能。也就是說(shuō)，因?yàn)樗械亩嗦窂椒祷囟及伺c將要發(fā)送的數(shù)據(jù)有關(guān)的信息，該信息可以由適當(dāng)設(shè)計(jì)的接收機(jī)來(lái)獲取。
因而，擴(kuò)頻通信的益處是可以使用不同的擴(kuò)展代碼使得多條鏈路可以同時(shí)在相同的頻率上工作。該技術(shù)所能提供另一益處是該處理增益允許擴(kuò)頻通信鏈路可以在比常規(guī)無(wú)線電鏈路要低得多的信號(hào)電平上工作。
然而，常規(guī)的擴(kuò)頻系統(tǒng)也存在著一些缺點(diǎn)。常規(guī)無(wú)線系統(tǒng)的一個(gè)問(wèn)題是該系統(tǒng)要求可觀的RF發(fā)射機(jī)功率。特別是在便攜式手持蜂窩設(shè)備中，可以相信該設(shè)備的這種功率條件和相關(guān)強(qiáng)電磁信號(hào)可以負(fù)面影響人類(lèi)的生理。常規(guī)系統(tǒng)的另一個(gè)相關(guān)缺點(diǎn)是便攜式設(shè)備在某些應(yīng)用中電池壽命短。此外，常規(guī)擴(kuò)頻系統(tǒng)需要大的通信帶寬，且每個(gè)帶寬上用戶(hù)的數(shù)量受到擴(kuò)展碼數(shù)量的限制。
另一缺點(diǎn)是擴(kuò)頻須經(jīng)受NEAR-FAR效應(yīng)。該問(wèn)題是由接收機(jī)可以采用不同的功率接收來(lái)自多個(gè)發(fā)射機(jī)的多個(gè)信號(hào)造成的。一般來(lái)說(shuō)，在接收機(jī)中可以通過(guò)干擾碼的互相關(guān)性來(lái)抑制非干擾發(fā)射機(jī)所發(fā)射的信號(hào)功率。然而，如果非干擾發(fā)射機(jī)非常接近于干擾發(fā)射機(jī)，所接收到的非干擾發(fā)射機(jī)的信號(hào)功率就有可能比干擾發(fā)射機(jī)的信號(hào)功率高得多。在這種情況下，接收機(jī)中的PN相關(guān)器將難以檢測(cè)和解擴(kuò)微弱的干擾發(fā)射。
另一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是常規(guī)系統(tǒng)不能實(shí)際和有效地提供增強(qiáng)的處理增益。當(dāng)前，擴(kuò)頻技術(shù)還不能支持能改善處理增益的大的PN序列長(zhǎng)度。另外，常規(guī)系統(tǒng)還難以對(duì)前向誤差校正采用優(yōu)化的處理增益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明教導(dǎo)了雙序列并行擴(kuò)頻方法和系統(tǒng)。本發(fā)明有利地組合了一系列碼序列，以形成能在大量的應(yīng)用中得以實(shí)施的增強(qiáng)的和堅(jiān)實(shí)的通信技術(shù)，該通信技術(shù)可以包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線通信系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，無(wú)線通信系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)站。采用了包括基本碼序列和輔助碼序列組合的雙序列并行擴(kuò)頻方法。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)射機(jī)站所執(zhí)行的步驟包括采用包括基本碼的基本編碼方案(例如，正交Walsh編碼方案)對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行編碼；采用輔助序列(例如，PN序列)對(duì)基本碼的等分片段進(jìn)行擴(kuò)展；使用例如DBPSK調(diào)制技術(shù)來(lái)調(diào)制所擴(kuò)展的編碼信號(hào)；以及發(fā)射調(diào)制信號(hào)。根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例，接收機(jī)站執(zhí)行的步驟包括使用存儲(chǔ)的輔助序列來(lái)解擴(kuò)所接收到的信號(hào)，解調(diào)所解擴(kuò)后的信號(hào)；以及使用基本編碼方案來(lái)解碼所解調(diào)的信號(hào)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一種導(dǎo)出用在CDMA通信系統(tǒng)中的碼對(duì)(code pairs)的方法，其包括步驟選定多個(gè)n位正交碼；指令所述多個(gè)n位正交碼進(jìn)入第一順序；產(chǎn)生所述第一順序的排列；對(duì)于所述第一順序的每個(gè)排列，產(chǎn)生第一組的唯一碼，其中所述產(chǎn)生的步驟包括倒置所述多個(gè)n位正交碼的至少一個(gè)；以及倒序所述第一組的唯一碼，以創(chuàng)建反序組的唯一碼；測(cè)定所述各組每個(gè)可能的碼對(duì)之間的分離值，其中每個(gè)可能的碼對(duì)包括從所述第一組的唯一碼中選出的一個(gè)碼和從所述反序組的唯一碼中選出的一個(gè)碼，以及確定一組碼對(duì)，其中所述組碼對(duì)中的所有碼對(duì)的測(cè)定分離值均大于采用Walsh碼時(shí)的30dB。
以并行層的方式來(lái)使用多個(gè)短擴(kuò)展碼可從根本上增強(qiáng)處理增益和多址訪問(wèn)的屬性。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)增強(qiáng)的處理增益達(dá)到了約27dB。
本發(fā)明的另一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)是所增強(qiáng)的處理增益允許降低需要的所發(fā)射功率和/或增加通信距離。例如，18dB的處理增益理論上意味著只需要RF發(fā)射功率要求的1/8就可以滿(mǎn)足通信鏈路的需要。本發(fā)明較低的功率要求可以減少影響健康的問(wèn)題并且允許電池在某些應(yīng)用中使用更長(zhǎng)的時(shí)間。此外，通信距離可以高達(dá)50Km。
本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)是可在同相和正交的信道中采用獨(dú)立的擴(kuò)展序列，從而允許提高鏈路的安全性。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是提高了帶寬的效率。例如，本發(fā)明的帶寬效率通常比采用同一處理增益屬性的常規(guī)擴(kuò)頻技術(shù)的帶寬效率高出多于5倍。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是接收機(jī)實(shí)施前向誤差校正算法有利于改善誤碼率的性能。
本發(fā)明還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于采用的短PN序列所以減小了采集的周期。
本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下本發(fā)明的實(shí)施例，附圖以及權(quán)利要求的更詳細(xì)討論中變得更加清晰。


為了能更加充分地理解本發(fā)明以及它的目的和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考結(jié)合附圖進(jìn)行以下描述，其中圖1示出了常規(guī)直接序列擴(kuò)頻的擴(kuò)展技術(shù)；圖2A-2D示出了在常規(guī)直接序列的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的頻譜；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的并行擴(kuò)頻通信系統(tǒng)；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例發(fā)射并行擴(kuò)頻信號(hào)的處理過(guò)程；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例接收并行擴(kuò)頻信號(hào)的處理過(guò)程；圖6(a)示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的數(shù)據(jù)并行擴(kuò)展的信號(hào)圖；圖6(b)示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的數(shù)據(jù)并行擴(kuò)展的信號(hào)圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)信道并行擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)系統(tǒng)；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的QPSK差分編碼器的硬件元件圖；圖9(a)和(b)示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的并行擴(kuò)頻接收機(jī)系統(tǒng)；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的Walsh碼相關(guān)性和解碼電路；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的差分PSK解調(diào)器的硬件元件圖；圖12示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙信道并行擴(kuò)展系統(tǒng)；圖13示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的自動(dòng)增益控制系統(tǒng)；以及圖14示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的從三個(gè)示例性的16位Walsh碼導(dǎo)出的可能的64位碼序列。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖3-14來(lái)討論本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示類(lèi)似的元件并且各個(gè)標(biāo)號(hào)的最左邊的數(shù)值對(duì)應(yīng)于在附圖中最先使用的標(biāo)號(hào)。對(duì)這些優(yōu)選實(shí)施例描述限于無(wú)線電話(huà)通信系統(tǒng)方面。然而本發(fā)明應(yīng)用卻十分廣泛，例如但不限于，寬帶無(wú)線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信鏈路；低功率無(wú)線應(yīng)用(如衛(wèi)星和外層空間通信)；使用CDMA的遙測(cè)應(yīng)用；WLAN應(yīng)用；以及安全通信信道。這些優(yōu)選實(shí)施例涉及將編碼數(shù)據(jù)擴(kuò)展到預(yù)定輔助序列上的并行雙序列擴(kuò)頻(“PBSS”)技術(shù)。
本發(fā)明也可以應(yīng)用于任何現(xiàn)有的數(shù)字通信信道或鏈路，以基本創(chuàng)建偽直接序列擴(kuò)頻通信鏈路，該鏈路采用了輸入數(shù)字流數(shù)據(jù)的位乘位、字節(jié)乘字節(jié)(B×B)或者多字節(jié)相乘(MB×MB)的并行擴(kuò)展。當(dāng)與DSSS通信信道相組合時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)流的雙層并行的擴(kuò)展。本發(fā)明加寬了需要的帶寬和大大的提高了鏈路的處理增益。
參考圖3，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例來(lái)描述擴(kuò)頻通信系統(tǒng)300。系統(tǒng)300包括收發(fā)信機(jī)站310和320。收發(fā)信機(jī)站310與發(fā)射并行擴(kuò)頻信號(hào)330到收發(fā)信機(jī)站320。為了便于雙向通信到收發(fā)信機(jī)站310，收發(fā)信機(jī)站320也可發(fā)射并行擴(kuò)頻信號(hào)340到收發(fā)信機(jī)站310。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都會(huì)意識(shí)到還可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(未顯示)來(lái)發(fā)射并行擴(kuò)頻信號(hào)330和340，例如，通過(guò)蜂窩式電話(huà)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和個(gè)人通信服務(wù)(“PCS”)網(wǎng)絡(luò)。例如，收發(fā)信機(jī)站310和320可以在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的相同單元或不同單元網(wǎng)內(nèi)或者是在兩個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)的單元內(nèi)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以包括一個(gè)和多個(gè)基站，基站可以在各個(gè)單元中各自工作，并且電話(huà)總機(jī)辦公被稱(chēng)作為是移動(dòng)電話(huà)交換辦公室(“MTSO”)。各個(gè)基站可以包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)，它可以轉(zhuǎn)發(fā)并行擴(kuò)頻信號(hào)330和340，使得蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以與收發(fā)信機(jī)站310和/或收發(fā)信機(jī)站320通信。在這些實(shí)施例中，MTSP處理所有連接著基于地面的電話(huà)系統(tǒng)和其它蜂窩網(wǎng)絡(luò)的電話(huà)，并控制該指定區(qū)域中的所有基站。根據(jù)基于地面的通信系統(tǒng)或其他蜂窩網(wǎng)絡(luò)所需的格式，可將并行擴(kuò)頻信號(hào)330和340在基站或MTSO上轉(zhuǎn)換成不同格式的信號(hào)。
信號(hào)330和340優(yōu)選由射頻(RF)信道傳送，例如但不限于那些適用于包括移動(dòng)通信全球系統(tǒng)(GMS)和PCS設(shè)備的蜂窩通信設(shè)備；民用和軍用的無(wú)線電控制設(shè)備；衛(wèi)星通信系統(tǒng)；以及外層空間無(wú)線電通信系統(tǒng)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，收發(fā)信機(jī)站310和320分別用作為固定無(wú)線通信系統(tǒng)中的基站和遠(yuǎn)程站，在2003年6月17日申請(qǐng)的、名稱(chēng)為“單點(diǎn)到固定多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)和方法”共同未決的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.10/462697中描述了該固定無(wú)線通信系統(tǒng)。在該實(shí)施例中，采用該并行擴(kuò)頻信號(hào)330和340以通過(guò)網(wǎng)際多址訪問(wèn)(iPMA)通信方法傳送分組化的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)。還可以利用多址遠(yuǎn)程站(未示出)來(lái)與基站通信?；緝?yōu)選與電信公司(Telco)網(wǎng)絡(luò)和/或英特網(wǎng)業(yè)務(wù)提供商(ISP)網(wǎng)絡(luò)對(duì)接。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)圖4所描述的處理過(guò)程400產(chǎn)生并行擴(kuò)頻信號(hào)330。在該發(fā)明的實(shí)施例中，發(fā)射站310采用基本編碼方案對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行編碼(步驟410)。該基本編碼方案采用諸如正交Walsh函數(shù)的長(zhǎng)度為2n正交碼。正交碼的產(chǎn)生對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的，例如，基本碼可以是4、8或16位的Walsh碼。采用輔助碼進(jìn)行輔助編碼(步驟420)以擴(kuò)展基本編碼數(shù)據(jù)。該輔助碼可以是任意類(lèi)型的偶數(shù)有序代碼，例如，M序列，Barker，Gold，Kasami，以及其它等等，但是最好是PN序列?？梢愿鶕?jù)輔助序列必須是基本序列長(zhǎng)度的整數(shù)倍的要求，輔助碼同時(shí)與完整的基本序列或者部分基本序列相乘，例如，如果基本碼是8位Walsh碼，則輔助碼必須是8的整數(shù)倍，例如，可以是16，24，32，48，或者64，等等的位PN序列。一旦完成輔助編碼之后，就調(diào)制該信號(hào)(步驟430)，并且將該信號(hào)發(fā)送至接收站320(步驟440)。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明該優(yōu)選實(shí)施例接收并行擴(kuò)頻信號(hào)330的處理過(guò)程500。首先在接收站320接收(步驟510)并行擴(kuò)頻信號(hào)330。對(duì)并行擴(kuò)頻信號(hào)330進(jìn)行數(shù)字化(步驟520)，隨后使用所存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)于發(fā)射站310所使用的輔助序列的輔助序列進(jìn)行解擴(kuò)(步驟530)。一旦完成了解擴(kuò)，則對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)(步驟540)，并且隨后使用在發(fā)射站310中所采用的方案進(jìn)行解碼(步驟550)。
采用該實(shí)施例，如果使用8位Walsh碼作為基本序列和48位PN序列作為輔助序列，則可以獲得高達(dá)27dB的潛在處理增益(正如以下將詳細(xì)說(shuō)明的那樣)。通過(guò)使用更長(zhǎng)的基本和/或輔助碼可以獲得更高電平的處理增益。然而，接收站320中的電子設(shè)備的復(fù)雜程度直接與代碼長(zhǎng)度成比例，并因此限制了實(shí)際應(yīng)用更大的代碼。相比較而言，在常規(guī)DSSS系統(tǒng)中要獲得27dB處理增益，就必須采用502位的擴(kuò)展碼，對(duì)于使用目前技術(shù)的高數(shù)據(jù)率的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這是難以實(shí)現(xiàn)的。
圖6(a)示出了如共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)這里申請(qǐng)No.10/075367公開(kāi)內(nèi)容一樣的并行擴(kuò)展數(shù)據(jù)的信號(hào)圖600。正如所示的那樣，采用48位的并行PN序列620進(jìn)行擴(kuò)展8位正交碼610，以產(chǎn)生并行擴(kuò)頻數(shù)據(jù)信號(hào)630。正如以上所闡述的那樣，并行序列是所選擇的正交碼長(zhǎng)度的整數(shù)倍。各個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)640是由并行擴(kuò)展序列的6位650進(jìn)行擴(kuò)展，以產(chǎn)生潛在的處理增益7.78dB(10log6)。一旦選擇了適當(dāng)?shù)恼淮a和并行PN序列，它們則在通信的過(guò)程中是固定的。當(dāng)給每個(gè)接收機(jī)分配不同的正交PN序列，才可能獲得CDMA通信。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，每個(gè)Walsh碼被分成相等的片段，每個(gè)片段由并行PN序列620進(jìn)行擴(kuò)展。參照?qǐng)D6(b)，根據(jù)本發(fā)明描述了并行擴(kuò)展數(shù)據(jù)的信號(hào)圖660。如圖中所示的那樣，該Walsh碼的第一個(gè)2位片段670由48位并行PN序列620進(jìn)行擴(kuò)展，以產(chǎn)生并行擴(kuò)頻數(shù)據(jù)信號(hào)680。每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)640都由并行擴(kuò)展序列的6位650進(jìn)行擴(kuò)展。實(shí)際上，Walsh碼位610各位的輸入都使用PN序列620的4和6位片段。Walsh碼610的連續(xù)的2位片段還可由48位的并行PN序列620進(jìn)行擴(kuò)展。使用2位片段670僅是示例性的；另外，可以使用8位Walsh碼的1位片段或4位片段。使用上述2位片段670可產(chǎn)生24.4Dbd的潛在處理增益，即，基本碼處理增益9dB、編碼增益1.6dB和輔助處理增益(10log24)13.8dB的總和。使用1位片段可創(chuàng)建約27dB的潛在處理增益。為了保持語(yǔ)音通信有組后的數(shù)據(jù)速率，優(yōu)選采用正交振幅調(diào)制(QAM)，而不采用下文所述的DPSK。
從本質(zhì)上說(shuō)，長(zhǎng)的并行擴(kuò)展序列使用在多個(gè)數(shù)據(jù)位或其片段上。所使用的擴(kuò)展序列可以是，例如，M序列，Barker，Gold，Kasami，和任何類(lèi)型的PN序列。根據(jù)本發(fā)明中的并行擴(kuò)展可以采用對(duì)發(fā)射路徑中的數(shù)據(jù)流進(jìn)行差分編碼，以簡(jiǎn)化接收機(jī)上的數(shù)據(jù)恢復(fù)。如果并行擴(kuò)展方案應(yīng)用于M-ary調(diào)制鏈路，則可以使用不同的PN序列來(lái)擴(kuò)展同相(I)和正交(Q)的信道，以提高信道的安全性。
M-ary調(diào)制系統(tǒng)可以在每一個(gè)發(fā)射信號(hào)的轉(zhuǎn)變(符號(hào))過(guò)程中發(fā)送比二進(jìn)制系統(tǒng)更多的信息。因?yàn)樾枰猯og2(M)位來(lái)選擇M種可能性中的一種，所以各個(gè)波形可以轉(zhuǎn)換成log2(M)位信息。所發(fā)射的每個(gè)波形都表示log2(M)位符號(hào)。表1示出了M-ary方案的實(shí)例。
表1M-ary方案

基本數(shù)據(jù)的Walsh編碼提供了初始擴(kuò)展和編碼增益。8位的Walsh編碼器將提供9dB的潛在處理增益和1.6dB編碼增益。鏈路優(yōu)選使用高級(jí)協(xié)議(如iPMA)，且數(shù)據(jù)以分組格式傳輸。導(dǎo)言(preamble)表示傳輸以初始化接收機(jī)上的采集的起始部分。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可使用差分二進(jìn)制相移鍵控(“DBPSK”)調(diào)制對(duì)導(dǎo)言和用于隨后數(shù)據(jù)包傳輸?shù)腄QPSK進(jìn)行初始化。差分是指數(shù)據(jù)以離散相移Δθ的方式來(lái)傳輸?shù)模渲?，相位參考是以前發(fā)送的信號(hào)相位。因?yàn)樗恍枰^對(duì)的相位參考，所以該方法減小了解調(diào)處理過(guò)程的復(fù)雜性。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例具有單信道的并行擴(kuò)頻系統(tǒng)700。使用擾碼器710對(duì)正在輸入數(shù)據(jù)772進(jìn)行擾碼，使之頻譜變成白色，并且除去數(shù)據(jù)中的任何DC偏移。在本發(fā)明該實(shí)施例中，使用Walsh編碼器720以正交Walsh函數(shù)來(lái)編碼和擴(kuò)展數(shù)據(jù)流。最終的數(shù)據(jù)被分成具有3位定義幅度和其余位設(shè)計(jì)成符號(hào)的4位四位字節(jié)。幅度位識(shí)別8個(gè)Walsh碼中的一個(gè)，而符號(hào)位定義所選擇的是真Walsh碼還是逆Walsh碼。這樣就以擴(kuò)展和編碼的方式引入了系統(tǒng)處理增益。當(dāng)較高的正交Walsh函數(shù)可以提供1.6dB的編碼增益時(shí)，擴(kuò)展增益為9dB(10log8)。因而，Walsh碼的使用提供了10.6dB的有效系統(tǒng)增益。然而，本發(fā)明也可以使用另一種涉及同相(I)和正交(Q)信道的數(shù)字調(diào)制方案。
M-ary雙正交鍵控(“MBOK”)調(diào)制是使用正交碼進(jìn)行數(shù)據(jù)塊編碼并且可以二進(jìn)制(“BMBOK”)或正交(“QMBOK“)的格式實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。該技術(shù)可以通過(guò)在接收機(jī)執(zhí)行FEC算法來(lái)產(chǎn)生改善鏈路誤碼率(“BER”)性能的編碼增益。因此，MBOK調(diào)制比BPSK更有效，例如，在le10-5BER，Eb/No是8dB，而不是9.6dB。
應(yīng)該注意的是，Walsh編碼可以作為具有上述優(yōu)選益處和優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)選實(shí)施例的一部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，但在另外的實(shí)施例中，它阻止了直接從并行擴(kuò)展中獲得的其它處理增益，因?yàn)榭梢垣@得代碼的正交性和FEC屬性，所以?xún)?yōu)選使用Walsh編碼。Walsh碼只有在零相位偏移和較佳的同步時(shí)才能呈現(xiàn)出零交叉相關(guān)性。當(dāng)存在這些偏移時(shí)，Walsh碼會(huì)呈現(xiàn)出比PN序列大得多的交叉相關(guān)性數(shù)值和差得多的自動(dòng)相關(guān)性。因此，為了能在接收機(jī)上對(duì)Walsh序列進(jìn)行相干性解碼，常使用重疊的并行PN擴(kuò)展序列來(lái)獲取所需的相位和時(shí)序信息。起始可發(fā)送一些不能編碼的導(dǎo)言，以便于在接收機(jī)上獲得初始采集。導(dǎo)言發(fā)生器740產(chǎn)生用于在差分編碼器730上進(jìn)行Walsh編碼的導(dǎo)言和數(shù)據(jù)控制信號(hào)774，它們被發(fā)送給媒體訪問(wèn)控制器(“MAC”)(未示出)，以控制主機(jī)系統(tǒng)和無(wú)線電部分之間的數(shù)據(jù)流。
為了能簡(jiǎn)化在解調(diào)過(guò)程中所需的相位確定，就產(chǎn)生了數(shù)據(jù)流的差分編碼。差分編碼器730采用原先的符號(hào)作為相位參考，來(lái)確定目前符號(hào)的結(jié)果。這就忽略在相干性檢測(cè)系統(tǒng)中的恒定相位參考傳輸?shù)南葲Q條件。通過(guò)簡(jiǎn)單XOR當(dāng)前和原先的符號(hào)值就可以獲得適用于BPSK調(diào)制的差分編碼。然而，適用于QPSK的差分編碼就更復(fù)雜，它存在著如表2所示的16種可能的狀態(tài)。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的QPSK差分編碼器電路800。硬件包括連接著兩位加法器830的四個(gè)兩輸入的異或門(mén)810和820。電路800的操作對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。
表2差分編碼序列QPSK

再參考圖7，數(shù)據(jù)緩沖器750保持著在并行擴(kuò)展之前的數(shù)據(jù)位并且確保數(shù)據(jù)與PN序列能夠同步。例如，Walsh編碼器720向同步器732提供了同步脈沖。為了能確保Walsh碼和PN序列能在時(shí)間上對(duì)準(zhǔn)，同步器732向數(shù)據(jù)緩沖器750、PN序列發(fā)生器760和并行擴(kuò)展器770提供了時(shí)序信息。對(duì)PN發(fā)生器進(jìn)行可編程，使之能產(chǎn)生從短的到非常長(zhǎng)的PN序列。PN序列采用每一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的多個(gè)PN位通過(guò)并行擴(kuò)展器770以并行的方式擴(kuò)展數(shù)據(jù)。所輸出的數(shù)據(jù)流776是使用諸如BPSK或QPSK的數(shù)字調(diào)制方案調(diào)制的。
圖9(a)和圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的并行擴(kuò)頻系統(tǒng)(接收機(jī))900的主要元件。圖9示出了I902和Q904信道，在該信道中采用DPSK的調(diào)制方案。圖10說(shuō)明了Walsh碼相關(guān)性和帶有FEC的解碼的電路100；為了更加清楚，僅描述同相[I]信道，但是也可以使用其它信道。電路1000的操作對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。
參考圖9(a)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，接收機(jī)900解擴(kuò)并行擴(kuò)展的序列。特別是，將IF信號(hào)下變換到基帶，在基帶該信號(hào)由雙4位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(“ADC”)910進(jìn)行數(shù)字化。優(yōu)選采用4倍于芯片速率的采樣速率。由載波相位監(jiān)測(cè)器930，超前/滯后濾波器940，數(shù)值控制振蕩器(“NCO”)950提供載波追蹤數(shù)字鎖相環(huán)路(“DPLL”)或載波相位恢復(fù)環(huán)路。它的輸出供給復(fù)用乘法器920。
在接收機(jī)900上優(yōu)化數(shù)據(jù)檢測(cè)要求接收機(jī)信號(hào)參數(shù)與發(fā)射機(jī)上相應(yīng)的參數(shù)同步，以確保在損壞的信道上能如采用衰減和大載波偏移來(lái)持續(xù)的進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)。載頻誤差主要是由于傳播信號(hào)效應(yīng)和/或發(fā)射機(jī)/接收機(jī)的電路系統(tǒng)。收到的I和Q信道信號(hào)通常受到頻率和相位誤差的影響，而造成發(fā)射機(jī)和接收機(jī)900之間頻率的不匹配和相位的不同步。DPLL的目的是消除由于RF下變換過(guò)程中的容差造成的任何載波偏移，從而校準(zhǔn)接收器900的頻率和相位。圖9(b)示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例在接收機(jī)上適用DBPSK/DQPSK調(diào)制的載波相位恢復(fù)環(huán)路的具體形式，載波相位恢復(fù)環(huán)路的操作對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。I和Q輸入信號(hào)通過(guò)載波相位監(jiān)測(cè)器930和超前/滯后濾波器940，產(chǎn)生NCO950創(chuàng)建相位校正系數(shù)所用的誤差信號(hào)。尤其是，來(lái)自ADC910的數(shù)字化I和Q信道數(shù)據(jù)在服用乘法器920上分別混有NCO950的余弦和正弦輸出。NCO是一個(gè)振蕩器，它產(chǎn)生與正弦或其它波形相應(yīng)的數(shù)字采樣值。載波相位恢復(fù)環(huán)路通過(guò)不斷的調(diào)節(jié)I和Q值恰好補(bǔ)償了載波偏移，從而在數(shù)據(jù)采樣在引入到PN匹配濾波相關(guān)器960之前就校準(zhǔn)并同步了相位。
PN匹配濾波器960包括單獨(dú)可編程的多級(jí)串連可變相關(guān)器。在工作中，PN匹配濾波器960計(jì)算在輸入和可編程PN最大序列之間的交叉相關(guān)性。該相關(guān)性的峰值可用于初始化并行累加、積分和轉(zhuǎn)存的序列，并依次提取多位采樣和位時(shí)序的信息。PN匹配濾波器960中每個(gè)位累加器的結(jié)果以并行的方式輸入至相關(guān)性和符號(hào)追蹤處理器970，在該處理中，確定各位的相關(guān)性并從所提取的數(shù)據(jù)采樣中提取符號(hào)時(shí)序信息。通過(guò)采用公式Max[ABS(I)*ABS(Q)]+1/2Min[ABS(I)*ABS(Q)]，近似計(jì)算I和Q信道相關(guān)性和的和的幅值可獲得相關(guān)性。該計(jì)算數(shù)值可用于產(chǎn)生多位追蹤參考時(shí)鐘信號(hào)。
執(zhí)行可編程閾值和智能追蹤，以忽略假的檢測(cè)和自動(dòng)插入丟失的相關(guān)性脈沖。該多位檢測(cè)脈沖初始化并行相關(guān)性，該相關(guān)性可通過(guò)計(jì)算符號(hào)相關(guān)性的冪的幅值來(lái)提取符號(hào)的時(shí)序，符號(hào)相關(guān)性的冪也形成了用于符號(hào)追蹤處理的參考。所提取的擴(kuò)展符號(hào)采樣與來(lái)自符號(hào)追蹤處理器的相關(guān)時(shí)序信息一起發(fā)送至DPSK解調(diào)器980。
DPSK解調(diào)器通過(guò)對(duì)來(lái)自當(dāng)前和原先并行相關(guān)處理的各個(gè)解擴(kuò)信息進(jìn)行“點(diǎn)積”和“叉積”的計(jì)算來(lái)傳送各個(gè)符號(hào)。對(duì)BPSK解調(diào)來(lái)說(shuō)，僅僅“點(diǎn)積”就允許確定連續(xù)采樣之間的相移。對(duì)QPSK解調(diào)來(lái)說(shuō)，要確定相移，則同時(shí)需要“點(diǎn)積”和“叉積”。在數(shù)學(xué)上，點(diǎn)積和叉積為dot(k)＝IK·IK-1+QK·QK-1以及
cross(k)＝QK·IK-1-IK·QK-1式中，I和Q是當(dāng)前K和原先K-1符號(hào)的同相和正交采樣。在復(fù)數(shù)平面上這些乘積的結(jié)果顯示了該方法可以表2所示的格式有效地解調(diào)差分編碼的QPSK信號(hào)。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的差分PSK解調(diào)器1100的硬件元件。解調(diào)器1100的操作對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。
點(diǎn)積和叉積可以用于對(duì)初始DPLL的功能產(chǎn)生其他誤差信號(hào)。在校正了由于PSK調(diào)制而在符號(hào)之間估計(jì)的相移增量之后，該自動(dòng)頻率控制(“AFC”)誤差信號(hào)反映了當(dāng)前和原先符號(hào)之間相位差異的正弦。數(shù)學(xué)分析可以產(chǎn)生接近的近似值，它可以在使用點(diǎn)積和叉積時(shí)應(yīng)用。該方程式是AFC_Error BPSK＝Cross·Sign[Dot]和AFC_Error QPSK＝(Cross·Sign[Dot])-(Dot·Sign[Cross])這兩個(gè)方程式可以分別適用于BPSK和QPSK調(diào)制方案。在將各個(gè)并行處理信道的誤差信號(hào)通過(guò)環(huán)路濾波器輸入到NCO之前，其可以得到組合和平均。該功能可基本上消除較小的頻率誤差，并因此而確保最佳的接收機(jī)性能。
所恢復(fù)的I和Q數(shù)據(jù)可以鎖存到并串轉(zhuǎn)換器。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，需要其它信號(hào)處理方法來(lái)完成與現(xiàn)有Walsh解碼器的接口。數(shù)據(jù)采樣以并行I 1202和Q 1204的總線輸出至雙信道并行擴(kuò)頻系統(tǒng)1200的Walsh代碼FEC 1210，正如圖12所示。
Walsh相關(guān)性，解調(diào)和FEC處理取決于并行解擴(kuò)部分，以準(zhǔn)確的消除載波頻率和相位的偏移。并行解擴(kuò)部分的符號(hào)時(shí)序處理器還提供了相干相關(guān)和解碼Walsh碼序列所需的相位參考。
FEC處理器1210檢查I1202和Q1204數(shù)據(jù)總線并且將所接收到的位與16可能位模式中的一位相比較。智能處理用于校正所接收的I和Q符號(hào)中的誤碼。FEC 1210與Walsh解碼器1220一起操作，以確保最佳的性能。Walsh碼的正交性能增強(qiáng)了他們的FEC特性，并因此而減小鏈路之間的BER。
FEC處理的輸出施加至16位相關(guān)器(沒(méi)有全部示出)的塊上，8位各用于I和Q信道，它可在整個(gè)位周期中，采用對(duì)應(yīng)的Walsh碼，累加，積分和轉(zhuǎn)存乘以輸入。適用于I信道的“最大選擇器”1230和適用于Q信道的“最大選擇器”1235分析各個(gè)8位相關(guān)器的相關(guān)性峰值，并將用于確定的Walsh碼的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)輸出至符號(hào)校正器和數(shù)據(jù)并串行轉(zhuǎn)換器1240。Walsh解碼信息又返回到FEC處理器1210確認(rèn)Walsh解碼器和FEC處理。處理之間的不規(guī)則性會(huì)導(dǎo)致二次重新處理輸入采樣。在該處理中的故障會(huì)引起誤差信號(hào)的產(chǎn)生，采用鏈路協(xié)議可以利用它來(lái)初始化再次發(fā)送的算法。一旦Walsh碼被成功的解碼，則I和Q數(shù)據(jù)就可以確定并組合成信號(hào)數(shù)據(jù)流。
可使用多項(xiàng)式除法來(lái)對(duì)該數(shù)據(jù)流進(jìn)行解擾碼，并且可以采用數(shù)據(jù)解擾碼器和循環(huán)冗余碼校驗(yàn)(CRC)檢測(cè)器對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行循環(huán)冗余碼校驗(yàn)(CRC)。隨后，該數(shù)據(jù)串行的輸出至MAC完成接收機(jī)的操作。
大多數(shù)臨界處理區(qū)域涉及接收機(jī)中的并行處理的必要條件。從PN采集到數(shù)據(jù)恢復(fù)的典型處理循環(huán)應(yīng)該在0.4×Q中實(shí)現(xiàn)，其中，Q等于采集時(shí)間。對(duì)于僅是示例性的采用48位并行擴(kuò)展的E1數(shù)據(jù)流，完成接收處理需要在1.5μs內(nèi)。
接收機(jī)900上的RF信號(hào)功率可以有很大的不同，這取決于所接收到的發(fā)射信號(hào)的功率和接收機(jī)的位置。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，使用自動(dòng)增益控制(AGC)環(huán)路，將接收機(jī)上處理的信號(hào)換算成預(yù)定的值。參照?qǐng)D13，其示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的AGC環(huán)1300的結(jié)構(gòu)圖。在通常的應(yīng)用中，輸入到接收900的RF信號(hào)通常在400mV峰倒峰(P-P)倒800MvP-P的范圍內(nèi)變化?？稍诮邮諜C(jī)上實(shí)現(xiàn)AGC環(huán)路1300，以校正該變化和保持恒定的信號(hào)。尤其是，AGC環(huán)路1300包括幅檢測(cè)器1310、環(huán)路濾波器1320、參考信號(hào)發(fā)生器1330和最小均方增益更新電路1340。幅度檢測(cè)器1310分別計(jì)算I和Q信號(hào)的輸入幅值I和Q，y(k)的大小，其幅值等于I2+Q2的平方根。數(shù)字實(shí)現(xiàn)中使用這種近似版本，且該近似版本等于Max(|I|，|Q|)+1/2Min(|I|，|Q|)。環(huán)路濾波器1332執(zhí)行第二級(jí)低傳送濾波器，以平滑的輸出幅度檢測(cè)器1310的輸出中的變量。通過(guò)從環(huán)路濾波器1332的輸出減去從參考信號(hào)發(fā)生器1330獲得的參考信號(hào)計(jì)算出誤差信號(hào)。將參考信號(hào)的幅度設(shè)定到AGC環(huán)路1300的輸出所需的預(yù)定的信號(hào)電平。
使用基于增益矢量電路1340的最小均方根(LMS)算法來(lái)更新增益矢量，采用該增益矢量可換算輸入信號(hào)。該增益矢量基于LMS算法，其實(shí)現(xiàn)方程式為g(k+1)＝g(k)·[1+u·e(k)]其中e(k)是參考信號(hào)與幅值y(k)的差，u是追蹤系數(shù)的速度，其值通常設(shè)定為0.001。如果環(huán)路過(guò)濾器1320的輸出y(k)增大，然后e(k)減小，這反過(guò)來(lái)導(dǎo)致I和Q的信號(hào)幅值g(k)增大。如果y(k)減小，然后e(k)增大，這反過(guò)來(lái)導(dǎo)致I和Q的信號(hào)幅值g(k)減小。這種實(shí)現(xiàn)可獲得高達(dá)16dB的增益。
本發(fā)明的實(shí)施例中，輔助擴(kuò)展碼是由三個(gè)16位Walsh碼組成的48位PN序列，它作為用于創(chuàng)建了應(yīng)用CDMA的碼序列的基礎(chǔ)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，采用1F35、ACF8和1F28(十六進(jìn)制的)作為三個(gè)16位Walsh碼。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)到這些代碼僅僅是示例性的，還可以使用其它的16位Walsh碼作為三個(gè)16位Walsh碼。圖14示出了可從分別稱(chēng)作為“1”、“2”和“3”的三個(gè)16位Walsh碼1F35、ACF8和1F28導(dǎo)出的可能的碼序列，三個(gè)16位Walsh碼構(gòu)成特定的組A-H，可能的碼序列基于順序“123”換位形成的所有可能的排列。代碼標(biāo)識(shí)符上的橫線表示逆碼。例如，3上面有個(gè)橫線表示1F28的倒置，或者E0CA。代碼標(biāo)識(shí)符前面有負(fù)號(hào)表示反序代碼。例如“-3”表示1F28的反序，或ACF8。從這些導(dǎo)出序列，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)表3(其中碼對(duì)中的每個(gè)代碼給出了圖14中的組字母和列)中列出的10對(duì)代碼中，代碼之間的分離值大于3dB，這些代碼可使用在收發(fā)信機(jī)310和320中，同時(shí)可從這些代碼中獲得適合的正交性特征。
本發(fā)明是新穎的并行擴(kuò)頻系統(tǒng)和方法，它組合了具有PN序列的近似相關(guān)特性的Walsh碼正交特性，形成了可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信鏈路中實(shí)現(xiàn)的加強(qiáng)的通信技術(shù)。獨(dú)立的并行擴(kuò)展序列可以應(yīng)用于網(wǎng)路中，以實(shí)現(xiàn)CDMA。在本發(fā)明實(shí)施例中，由于Walsh編碼器是可編程的并且并行擴(kuò)展的碼長(zhǎng)度是變化的，所以并行擴(kuò)展是動(dòng)態(tài)的。用戶(hù)可以對(duì)分配帶寬中的固定數(shù)據(jù)速率確定最大的處理增益。
表3具有優(yōu)越正交特性的碼對(duì)


在前面描述的和附圖中所說(shuō)明的實(shí)例是采用8位Walsh編碼器和48位PN序列來(lái)獲得18.4dB(9+1.6+7.8)的系統(tǒng)處理增益，它通過(guò)8個(gè)折疊數(shù)字潛在地增加了整個(gè)常規(guī)鏈路中PSS鏈路的有效范圍。本發(fā)明的另一實(shí)施例可以具有不同大小的Walsh編碼器和PN序列。最好是能使用較小長(zhǎng)度的碼，以便于使采集速度最大化和設(shè)計(jì)復(fù)雜性最小化。
在本發(fā)明另一實(shí)施例中，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步層擴(kuò)展序列，以提高處理增益和CDMA的特性。例如，除了輔助擴(kuò)展序列之外，第三序列也可以與基本編碼和輔助序列并行使用。
在本發(fā)明另一實(shí)施例中，也可以使用相干解調(diào)，以抵消對(duì)差分編碼的需要。
在另一實(shí)施例中，也可以使用基于QAM和編碼正交頻分多址技術(shù)作為調(diào)制方案。
雖然已經(jīng)參照幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了特別說(shuō)明和描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解到，可以在不脫離附加權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神和范圍的條件下有各種形式和細(xì)節(jié)上的變化。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)用于擴(kuò)頻數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的方法，其特征在于，該方法包括步驟采用n位正交碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼；m位擴(kuò)展序列與每個(gè)n位正交碼的等分片段相乘，其中m是n的整數(shù)倍。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述正交碼是Walsh碼。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于n是8的整數(shù)倍。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述擴(kuò)展序列是偶數(shù)有序碼。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述偶數(shù)有序碼是從包括M序列，Barker碼、Gold碼、Kasami碼、偽噪聲序列或其組合的組中選出的。
6.一種對(duì)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻的方法，該方法包括步驟根據(jù)采用基本碼的基本編碼方案對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼；以及采用輔助序列來(lái)擴(kuò)展基本碼的等分片段，其中所述輔助序列的位長(zhǎng)度是所述基本碼的位長(zhǎng)度的整數(shù)倍。
7.如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于還包括，在所述編碼和擴(kuò)展之前對(duì)所述數(shù)據(jù)流進(jìn)行擾碼的步驟。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述基本碼是Walsh碼。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括步驟將所述數(shù)據(jù)流分成為多位數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包代表一系列真或逆Walsh碼中的一個(gè)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括步驟提供同步脈沖，以使所述Walsh碼與所述輔助序列同步；以及在使用所述輔助序列來(lái)擴(kuò)展所述數(shù)據(jù)流之前，將所述數(shù)據(jù)流保持在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)緩沖器中。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述輔助序列是從包括M序列，Barker碼、Gold碼、Kasami碼、偽噪聲序列或其組合的組中選出的。
12.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括步驟調(diào)制所述擴(kuò)展數(shù)據(jù)流；以及發(fā)送所述調(diào)制的數(shù)據(jù)流。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括步驟接收所述調(diào)制的數(shù)據(jù)流；將所述接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流；計(jì)算所述數(shù)字化數(shù)據(jù)流與可編程序列之間的交叉相關(guān)性；利用所述交叉相關(guān)性抽取多位采樣和位時(shí)序信息；從所述抽取的多位采樣中提取符號(hào)時(shí)序信息；以及解調(diào)所述抽取的多位采樣。
14.一種并行擴(kuò)頻通信設(shè)備，其包括根據(jù)利用基本碼的基本編碼方案對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼的編碼器；以及采用輔助序列對(duì)所述基本碼的等分片段進(jìn)行擴(kuò)展的擴(kuò)展器。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于所述基本編碼是n位Walsh碼。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于所述輔助序列是偽噪聲序列。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于所述輔助序列的位長(zhǎng)度是n的整數(shù)倍。
18.如權(quán)利要求14所述設(shè)備，還包括調(diào)制器；以及發(fā)射機(jī)。
19.一種導(dǎo)出用在CDMA通信系統(tǒng)中的碼對(duì)(code pairs)的方法，其包括步驟選定多個(gè)n位正交碼；指令所述多個(gè)n位正交碼進(jìn)入第一順序；產(chǎn)生所述第一順序的排列；對(duì)于所述第一順序的每個(gè)排列，產(chǎn)生第一組的唯一碼，其中所述產(chǎn)生的步驟包括倒置所述多個(gè)n位正交碼的至少一個(gè)；以及倒序所述第一組的唯一碼，以創(chuàng)建反序組的唯一碼；測(cè)定所述各組每個(gè)可能的碼對(duì)之間的分離值，其中每個(gè)可能的碼對(duì)包括從所述第一組的唯一碼中選出的一個(gè)碼和從所述反序組的唯一碼中選出的一個(gè)碼，以及確定一組碼對(duì)，其中所述組碼對(duì)中的所有碼對(duì)的測(cè)定分離值均大于預(yù)定值。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所述預(yù)定值為30dB。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所述數(shù)字是3。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于n是8的整數(shù)倍。
23.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所述正交碼是Walsh碼。
24.如權(quán)利要求19所述的方法，還包括步驟在CDMA通信系統(tǒng)中采用所述組的碼對(duì)中一個(gè)或者多個(gè)所述碼對(duì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及擴(kuò)展正交編碼數(shù)據(jù)的并行擴(kuò)頻(“PSS”)技術(shù)。在優(yōu)選實(shí)施例中，適用于通信數(shù)據(jù)的方法和系統(tǒng)包括采用使用正交Walsh函數(shù)方案來(lái)編碼(720)和擴(kuò)展(770)數(shù)據(jù)流(772)，并將數(shù)據(jù)流分成為多個(gè)位數(shù)據(jù)包，各個(gè)數(shù)據(jù)包可表示一系列真或逆Walsh碼中的一個(gè)。隨后，數(shù)據(jù)流進(jìn)行差分編碼以適用于BPSK或QPSK調(diào)制，并且采用PN序列擴(kuò)展。并行擴(kuò)展的數(shù)據(jù)流經(jīng)調(diào)制后發(fā)射至接收機(jī)。在接收機(jī)上，通過(guò)計(jì)算在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流和可編程序列之間的交叉相關(guān)性來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)流。PSS技術(shù)勝過(guò)常規(guī)通信系統(tǒng)，其益處之一是能夠同時(shí)獲得附加的處理增益和數(shù)據(jù)前向誤差校正。
文檔編號(hào)H04B1/707GK1846357SQ200480016904
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2004年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月17日
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