專利名稱:用于擴頻通信系統(tǒng)的有效擴頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明主要涉及通信系統(tǒng),尤其涉及擴頻通信系統(tǒng)中用于擴頻數(shù)字信號的系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù):
典型通信系統(tǒng)利用調(diào)制技術(shù)改變連續(xù)頻率載波的振幅、頻率或相位,用以傳遞信息或數(shù)據(jù)。待傳遞信號被映射到定義符號的預(yù)定群集,然后通過傳輸介質(zhì)傳遞。傳遞介質(zhì)可以是導(dǎo)行介質(zhì)或自由介質(zhì)(銅纜、光纖或空氣),一般稱作通信信道。
實際應(yīng)用中的通信系統(tǒng)很少是單路訪問的?,F(xiàn)有技術(shù)中的多路訪問通信系統(tǒng)如圖1所示。諸如時分多址(TDMA)、載波監(jiān)聽多路訪問(CSMA)、碼分多址(CDMA)等協(xié)議,以及頻分多址(FDMA)和正交頻分復(fù)用(OFDM)等與頻率相關(guān)的協(xié)議,允許多個用戶訪問同一通信介質(zhì)以發(fā)送或接收信息。綜合利用這些技術(shù)可以構(gòu)成多種多路訪問的混合通信方案,如時分雙工(TDD)等。通信系統(tǒng)指定的訪問協(xié)議通常是在對數(shù)據(jù)進行調(diào)制之后執(zhí)行。
實際應(yīng)用中現(xiàn)有的調(diào)制技術(shù)包括頻率調(diào)制(FM)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)、二進制相移鍵控(BPSK)和差分相移鍵控(DPSK)。最常用的高速數(shù)據(jù)調(diào)制方法為正交幅度調(diào)制(QAM)和正交相移鍵控(QPSK)。這些技術(shù)根據(jù)輸入信號改變預(yù)定載波的振幅和相位,在每波特內(nèi)傳輸多位數(shù)據(jù),從而更有效地利用資用帶寬。
為擴展數(shù)據(jù)信號值的可能范圍,正交調(diào)制選定一個符號以表示兩個以上的二進制值。因為各個符號的位內(nèi)容表示不同的脈沖形狀,所以利用符號可以傳送更多信息。符號的每個采樣中包含有x位,它可以表示模擬采樣的量化形式,也可表示數(shù)字數(shù)據(jù)。不同脈沖形狀或波形的個數(shù)決定于所用符號的個數(shù),兩者是相等的。數(shù)據(jù)位的數(shù)目確定了振幅與相位的組合,這一組合又定義了群集模式。
正交調(diào)制的基礎(chǔ)是兩個互相正交的不同波形。如果兩個波形被同時發(fā)送時不會互相干擾,就說這兩個波形是正交的。正交調(diào)制將兩個不同信號調(diào)制到同一帶寬,從而生成一個兩維信號空間,如圖2所示。正交調(diào)制常用的兩種波形是頻率相同的正弦波和余弦波。它們的定義為s1(t)=A cos(2πfct) (1)和s2(t)=A sin(2πfct) (2)其中fc是已調(diào)信號的載波頻率,A是兩個信號的振幅。按照慣例,余弦載波稱為信號的同相(I)分量、實分量,而正弦信號稱為信號的正交(Q)分量、虛分量。由兩個基本波形生成的線性組合形式a1cos(2πfct)+a2sin(2πfct)(式中a1和a2為實數(shù)),決定了調(diào)制符號系統(tǒng)的符號。這些符號可以表示為復(fù)數(shù)a1+ja2,其中j的定義為j=-1.]]>一個QAM符號至少包括同相I信號和正交Q信號的一個采樣。信號振幅由到原點的距離表示;相位由繞單位圓的角距離表示。數(shù)據(jù)被組合為符號之后,就可以根據(jù)通信系統(tǒng)選定的訪問協(xié)議對這些符號進行處理。
現(xiàn)有技術(shù)中的CDMA通信系統(tǒng)如圖3所示。CDMA這一通信技術(shù)用偽噪聲序列調(diào)制待發(fā)送數(shù)據(jù),從而以擴寬的頻帶(擴頻頻譜)發(fā)送數(shù)據(jù)。待發(fā)送數(shù)據(jù)信號的帶寬可能只有幾千赫茲,它被分布在可達幾兆赫茲的頻帶之上。通信信道可以同時被k個獨立子通道使用。對于每個子通道k來說,所有其它子通道都是干擾。
如同所示,給定帶寬的單個子通道與唯一的擴頻碼相混合,這一擴頻碼重復(fù)由寬帶偽噪聲(pn)序列生成器生成的預(yù)定模式。這些單值用戶擴頻碼之間是偽正交的,所以它們之間的互相關(guān)接近于零。CDMA系統(tǒng)中,通過恰當(dāng)選擇擴頻碼,可以使期望子通道和其它所有子通道之間的干擾最小。數(shù)據(jù)信號與偽噪聲序列相乘,使數(shù)據(jù)信號被擴頻,從而生成數(shù)字擴頻信號。用數(shù)字擴頻信號對載波信號進行調(diào)制后,通過通信信道發(fā)送出去。接收機對被發(fā)送信號進行解調(diào),提取出數(shù)字擴頻信號。與匹配偽噪聲序列求相關(guān)后,可以復(fù)制出被發(fā)送信號。如果擴頻碼互相之間是正交的,接收信號可以與一個特定用戶信號相關(guān)聯(lián),這一特定用戶信號又與一個特定擴頻碼相聯(lián)系。這樣,只有與特定擴頻碼相聯(lián)系的期望信號得到增強,而所有其它用戶信號未被增強。
擴頻碼的各元素被稱為“碼元”,它屬于集合{1,-1}。碼元頻率或碼元速率與數(shù)據(jù)率相同或更快一些。碼元速率與子通道數(shù)據(jù)率的比值稱作擴頻因子,它等于對用戶數(shù)據(jù)的一個碼元進行擴頻所用的碼元個數(shù)。碼元的個數(shù)能被最大允許擴頻因子整除。擴頻因子越大,碼元對噪聲和干擾的抵抗能力越強。對于同步CDMA,擁有最大擴頻因子的用戶符號可以構(gòu)成整個數(shù)據(jù)塊。
CDMA是第三代無線電通信標(biāo)準(zhǔn)所需要的一種訪問協(xié)議。圖4所示是一個利用可變擴頻因子CDMA擴頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖??勺償U頻因子使發(fā)射機能夠很好地調(diào)整整個系統(tǒng)的處理增益。分配給高數(shù)據(jù)率用戶擴頻碼的擴頻因子較小,這是以降低處理增益為代價的。分配給低數(shù)據(jù)率用戶的擴頻碼具有較大擴頻因子。這樣,所有用戶擴頻信號的整個帶寬都能保持相同。
為了降低給定通信系統(tǒng)中各用戶所需擴頻碼的總數(shù),單元分離和用戶分離采用了不同的擴頻碼,從而對每個子通道進行兩部分擴頻操作。信道標(biāo)識碼用于用戶分離,擾頻碼用于單元分離。盡管兩部分擴頻操作是蜂窩式CDMS系統(tǒng)的特點,但單一擴頻操作仍可以用于其它應(yīng)用中。這里,信道標(biāo)識碼和擾頻碼由分離各用戶的單一編碼所代替。
為了實現(xiàn)物理系統(tǒng)中k個子通道用戶的擴頻操作,線性擴頻方法的實現(xiàn)可采用固定門陣列、微處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)等等。固定邏輯系統(tǒng)的系統(tǒng)速度較快,而微處理器驅(qū)動系統(tǒng)具有編程靈活性。每種實現(xiàn)擴頻功能的方法都要執(zhí)行一系列數(shù)學(xué)操作。下面的變量定義了擴頻器的結(jié)構(gòu)和操作c——實整數(shù)信道標(biāo)識碼,它是子通道k的一個向量,與給定的擴頻因子SF相一致。通道標(biāo)識碼c的長度因擴頻因數(shù)SF的不同而變化。
d——子通道k中發(fā)送的數(shù)據(jù)。
d——調(diào)制后,子通道k中的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)以矢量形式表示,這里的矢量是一個只有一個下標(biāo)變量的數(shù)據(jù)數(shù)組。為了以下向量操作,所有的向量都定義為列向量。
k——一個子通道,(k=1,2,3,...K)。
N——第k個子通道的一個群的數(shù)據(jù)符號數(shù),(N=SFmax/SF)。對于同步CDMA,擁有最大擴頻因子的用戶符號可以構(gòu)成整個數(shù)據(jù)塊。每個子通道k具有其自已的群大小N,其中N可以取1(SF=SFmax時)至SFmax/SFmiN。
i——數(shù)據(jù)d的第i個符號,(i=1,2,3,...N)。
n——向量的一個元素引用,([n])。
SF——子通道k的擴頻因子SFmin=通信系統(tǒng)的最小擴頻因子SFmax=通信系統(tǒng)的最大擴頻因子。
v——擾頻碼的實整數(shù)部分。
——復(fù)擾頻碼,表示為長為SFmax的一個向量。 其中n=1...SFmax。注意v[n]和 引用向量v和 的第n個元素。因此, 定義了由v的第n個元素推導(dǎo) 第n個元素的規(guī)則。
zj——對子通道k的第i個符號應(yīng)用信道標(biāo)識碼和擾頻碼后得到的最終擴頻碼元序列。 其中n=1...SF。zj的長度為SF個碼元,也就是為特定子通道k選定的擴頻因子。N個這種長為SF的zj構(gòu)成長為SFmax的z。
為了簡化以下說明,首先討論第k個子通道的兩部分、現(xiàn)有擴頻器。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解以下內(nèi)容多個k擴頻子通道可以如圖4所示那樣進行求和。對數(shù)據(jù)進行調(diào)制后,子通道k的數(shù)據(jù)d被組合為定義預(yù)定群集的信號。一個復(fù)數(shù)據(jù)符號序列d被分到各個含有N個符號的群中,N的定義為N=SFmaxSF...(3)]]>含有N個符號的群中的各復(fù)數(shù)據(jù)符號d被實整數(shù)信道標(biāo)識碼c擴頻,c的長度為SF個碼元。信道標(biāo)識碼c對于用戶k是唯一的。群N中,N個經(jīng)信道標(biāo)識碼c擴頻的符號d都被組合在一起。
得到的擴頻符號序列(長為SFmax個碼元)乘以一個復(fù)擾頻信號 (長度為SFmax),得到最終的碼元序列z(長度為SFmax)。擾頻碼 由實整數(shù)擾頻碼v乘以復(fù)操作符jn得到。其關(guān)系為 其中,n=...SFmax(4)兩部分擴頻處理的結(jié)果是一個長度為SFmax個碼元的向量z。這個向量z可以表示為N個子向量zj的串聯(lián)形式,其中i=1,2,3,...N。這里,zi定義為z中長為SF個碼元的字段。它表示群中子通道k的第i個擴頻符號di的貢獻。zi的第n個元素由下式給出 式中n=1,...SF i=1,2,3,...(5)v[SF(i+1)+n](n=1,...SF)定義了v中SF個元素的不同集合,它的起始位置是第(SF(i-1)+1)個元素,隨i的變化而變化。
對于一個子通道k,要擴展長度為N個符號的符號序列d,實現(xiàn)公式5所定義的兩碼擴頻操作需要8(N)(SF)次整數(shù)乘法。對于乘積di·c[n](n=1,...SF),需要2(SF)次乘法(對于一個符號)。因為di和jn都是與實數(shù)相乘的復(fù)數(shù),所以乘積jSF(i-1)+n·v[n](n=1,...SF)需要2(SF)次乘法(對于一個符號)。因為兩個中間乘積都是復(fù)數(shù),所以部分乘積對于每個符號需要四次乘法,因此共需要8(N)(SF)次乘法。
為了在提高數(shù)據(jù)吞吐量的同時,仍然保持移動/便攜式通信系統(tǒng)中的操作功能,需要一種有效處理方法來實現(xiàn)多碼擴頻操作。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種用于CDMA系統(tǒng)的擴頻系統(tǒng)和方法,它所需要的整數(shù)乘法較少。利用基于實整數(shù)或復(fù)整數(shù)的擴頻碼對用戶數(shù)據(jù)進行擴頻,該擴頻碼的長度可為SF個碼元至SFmax個碼元。這些編碼中至少有一個編碼的形式為jn·v[n],其中v[n]是一個擴頻碼。本發(fā)明利用多個擴頻碼提高了用戶的分離度。
因此,本發(fā)明的目的是提供一種較簡單的系統(tǒng)和方法,利用一個以上的擴頻碼對數(shù)字信號進行擴頻。
本發(fā)明的目的在于提供一種通信系統(tǒng),其包括一個用于擴頻數(shù)據(jù)信號的擴頻器,該數(shù)據(jù)信號中至少包括多個數(shù)據(jù)符號;該系統(tǒng)至少設(shè)定多個擴頻碼中的一個,在所述多個擴頻碼中至少有一個為復(fù)數(shù),所述擴頻器包括一路數(shù)據(jù)輸入,用于接收所述數(shù)據(jù)符號;一路控制輸入,用于接收為數(shù)據(jù)信號分配的擴頻因子;一個處理器,用于根據(jù)所述設(shè)定的擴頻因子定義擴頻所需的符號群;一個中間編碼生成器,用于根據(jù)以下兩項計算一個中間編碼所述設(shè)定的擴頻因子和由所述多個組合擴頻碼推導(dǎo)得出的一個實數(shù)編碼,所述中間編碼生成器輸出所述中間編碼;一個旋轉(zhuǎn)器,用于將所述群中的各符號進行相位旋轉(zhuǎn)以生成一個復(fù)數(shù)量,利用中間編碼對該復(fù)數(shù)量進行擴頻,并輸出擴頻數(shù)據(jù)信號。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種擴頻器17,用于對通信系統(tǒng)中待傳輸?shù)亩鄠€數(shù)據(jù)信號dk進行擴頻,其至少為各數(shù)據(jù)信號d分配多個擴頻碼 和 中的一個,其中M為擴頻碼總數(shù),前M1個為復(fù)數(shù)其余為實數(shù),且P為擾頻碼總數(shù),前P1個為復(fù)數(shù)其余為實數(shù),其中從多個擴頻碼中為數(shù)據(jù)信號d分配的擴頻碼中,至少有一個為復(fù)數(shù),所述擴頻器17包括多路數(shù)據(jù)輸入,用于接收各數(shù)據(jù)信號d(k)的符號di;多個處理器19,分別與各數(shù)據(jù)輸入相連,用于接收分配的擴頻因子,并定義符號di的群N,用于根據(jù)所述擴頻因子SF進行擴頻;多個中間編碼s生成器21,用于根據(jù)指定擴頻因子SF和從多個實數(shù)編碼中分配的至少一個編碼d計算擴頻碼s,這些實數(shù)編碼與各數(shù)據(jù)信號的編碼 和 相對應(yīng),每個所述中間編碼s生成器輸出一個中間編碼;多個旋轉(zhuǎn)器25,分別與處理器19的各輸出相連,用于在所述各群N中對各所述數(shù)據(jù)輸入符號di進行相位旋轉(zhuǎn),得到復(fù)數(shù)量 每個所述數(shù)據(jù)信號d群N的復(fù)數(shù)量 由所述數(shù)據(jù)信號d中間編碼s進行擴頻,并且輸出作為所述各數(shù)據(jù)信號d的擴頻數(shù)據(jù)信號 一個加法器29用于將所有所述擴頻數(shù)據(jù)信號 結(jié)合為一個復(fù)合擴頻信號 作為輸出。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種對數(shù)據(jù)信號進行擴頻的方法,該數(shù)據(jù)信號包含通信系統(tǒng)中多個待發(fā)送數(shù)據(jù)符號,系統(tǒng)至少設(shè)定了多個擴頻碼中的一個,其中由多個擴頻碼分配的擴頻碼中,至少有一個是復(fù)數(shù),該方法包括計算擴頻因子;定義所述符號的群,用于基于所述擴頻因子進行擴頻;生成與所述多個擴頻碼相對應(yīng)的多個實編碼;根據(jù)所述擴頻因子和至少一個所述實數(shù)編碼生成中間編碼;旋轉(zhuǎn)所述群中的各所述符號,以生成復(fù)數(shù)擴頻碼;將所述復(fù)數(shù)擴頻碼和所述中間編碼混合,以生成輸出擴頻碼。
在閱讀了較佳實施例的詳細說明之后,本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會明白本系統(tǒng)和方法的其它目的和優(yōu)點。
圖1是現(xiàn)有多路訪問通信系統(tǒng)的簡化結(jié)構(gòu)圖。
圖2是一個正交信號空間圖。
圖3是已有CDMA通信系統(tǒng)的簡化結(jié)構(gòu)圖。
圖4是已有兩部分擴頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
圖5是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖6a-d本發(fā)明中方法的控制流程圖。
圖7a-d是本發(fā)明的數(shù)據(jù)流圖。
具體實施例方式
在對本發(fā)明的說明中會參照附圖,在全文中用相同的數(shù)字表示相同的組件。
圖5所示為本發(fā)明擴頻器17的一個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,該擴頻器用于CDMA通信系統(tǒng)。擴頻器17包含多個擁有并行存儲器的處理器,用于執(zhí)行各種向量和矩陣操作。本發(fā)明的替代實施例包括固定門陣列、ASIC、DSP和可以執(zhí)行相同功能的各種處理器。本領(lǐng)域的技術(shù)人員公認在擴頻器17的實現(xiàn)中,為各物理實施例特制的優(yōu)化技術(shù)是可以變化的。擴頻器17還包括多個數(shù)據(jù)輸入d(1)...d(k),用于輸入子通道k的已調(diào)用戶數(shù)據(jù)d,還包括輸出z(∑),用于以輸出向量的形式輸出組合擴頻信號。
為了簡化以下對本發(fā)明的解釋,只對一個子通道k的擴頻操作進行說明,從而不再需要單一子通道標(biāo)識符。各數(shù)據(jù)輸入d(1)...d(k)可以有一個到多個設(shè)定的信道標(biāo)識碼和一個到多個設(shè)定的擾頻碼,具體個數(shù)決定于用戶隔離度和單元隔離度。信道項和擾頻項是任意的,代表多個擴頻碼,其長度隨分配給通道k的擴頻因子SF以及通信系統(tǒng)的要求變化。對于每個子通道k,所設(shè)定的擴頻碼中至少有一個與通信系統(tǒng)內(nèi)所有其它編碼都不同,從而保持各用戶之間的子通道隔離。
每個設(shè)定的碼長必須相等,可以是一個周期短編碼的組合,也可以是長度為最大擴頻因子SFmax的一個編碼。為一個子通道k設(shè)定不同數(shù)目的編碼,可以得到擴頻器17的另一實施例。一個通信系統(tǒng)的發(fā)射機中可以配置多個擴頻器17。
擴頻器17利用多個信道標(biāo)識碼和擾頻碼對子通道k的數(shù)據(jù)符號進行擴頻。這些編碼可以都為實數(shù),可以都為復(fù)數(shù),也可以一部分為實數(shù),而另一部分為復(fù)數(shù)。擴頻器17包含一個中間編碼生成器21,一個群N處理器19,一個調(diào)相器23,一個旋轉(zhuǎn)器25,兩個乘法器27r和27i和一個加法器29。
注意一個編碼的長度等于其擴頻因子SF。中間編碼生成器21將N個長度等于擴頻因子SF的實數(shù)編碼連接在一起。它還將N個長度為擴頻因子SF的復(fù)數(shù)編碼的實部連接在一起。因此每個長度為擴頻因子SF的編碼產(chǎn)生一個長度為SFmax的長編碼。然后,通過結(jié)果向量的逐元素乘法將所有這些長編碼與長度為SFmax的實數(shù)編碼和長度為SFmax的復(fù)數(shù)編碼的實部相乘。這樣就得到了中間編碼生成器21的最終輸出,它是一個長為SFmax的單一實數(shù)編碼。
群N處理器19確定了群的大小N為比值 然后組合一個包含N個符號的群。擴頻器17在某一時間內(nèi)對一個這種群進行擴頻。
調(diào)相器23為群N處理器19分配的群中的N個符號賦予初始相位。賦予某個符號的相位是該符號在其群內(nèi)位置的函數(shù)。因此,調(diào)相器23的輸出是一個有N個符號的群,其中每個符號都得到一個特定的相位旋轉(zhuǎn)。
旋轉(zhuǎn)器25通過產(chǎn)生長度為SF的序列來生成復(fù)數(shù)編碼。這些復(fù)數(shù)編碼與調(diào)相器23輸出的群中的N個符號相對應(yīng)。調(diào)相器23通過將每個要調(diào)整相位的符號旋轉(zhuǎn)SF次來實現(xiàn),旋轉(zhuǎn)的角度是系統(tǒng)中復(fù)數(shù)編碼總數(shù)的函數(shù)。因此,N個這種與群內(nèi)N個符號相對應(yīng)的復(fù)序列被連接起來,構(gòu)成了一個長度為N·SF=SFmaz的復(fù)數(shù)序列,它構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)器25的最終輸出。
旋轉(zhuǎn)器25輸出的復(fù)數(shù)序列與中間編碼生成器21的輸出逐元素地相乘。這一乘法由乘法器27r和27i完成。乘法器27r和27i將實數(shù)中間編碼分別乘以旋轉(zhuǎn)器25輸出的復(fù)數(shù)序列的實部和虛部。
乘法器27r和27i的輸出是一個子通道中含有N個符號的群的最終擴頻序列。加法器29將所有子通道的最終擴頻序列加起來構(gòu)成擴頻器17的單一序列輸出。
因為信道標(biāo)識碼用于用戶隔離,擾頻碼用于單元隔離,所以根據(jù)單元位置,信道標(biāo)識碼和擾頻碼是先驗已知的,并通過學(xué)習(xí)傳輸由單元基站發(fā)送給各個用戶。這里不對學(xué)習(xí)傳輸進行介紹。共有M個信道標(biāo)識碼可用, 其中前M1個為復(fù)數(shù),其余為實數(shù)。第i個復(fù)數(shù)信道標(biāo)識碼的第n個元素的定義如下 其中,n=1,...SF,ci為實數(shù) (6)子通道k還可以利用P個擾頻碼, 其中前P1個為復(fù)數(shù),其它為實數(shù)。第i個復(fù)數(shù)擾頻碼的第n個元素的定義為 其中,n=1,...SF,vi為實數(shù) (7)本發(fā)明的方法97的流程圖如圖6a-d所示,由圖中可知,經(jīng)過調(diào)制并包括一系列數(shù)據(jù)符號的數(shù)據(jù)d被輸入到擴頻器17。子通道k中,長度為N的符號群由群N處理器19根據(jù)公式3(步驟99)確定。由于不同信道標(biāo)識碼的擴頻因子SF不同,所以不同信道標(biāo)識碼c的長度也不同。N個周期的各信道標(biāo)識碼c被連接起來(步驟101),形成一個長周期編碼cp,它的長度等于通信系統(tǒng)的最大擴頻因子SFmax。如果N=1(SF=SFmax),則不需要進行連接。
為了簡化對方法97的解釋,用c表示所有已被連接的實數(shù)信道標(biāo)識碼的結(jié)果cp。c中包括的編碼都是用于推導(dǎo)復(fù)數(shù)信道標(biāo)識碼的實數(shù)編碼。c的第n個元素定義為c[n]=c1[n]·c2[n]...cM[n],其中n=1,...SF (8)此外,用v表示所有實數(shù)擾頻碼的結(jié)果。v中所包括的編碼都是用來推導(dǎo)復(fù)數(shù)擾頻碼的實數(shù)編碼。v的第n個元素定義為v[n]=v1[n]·v2[n]...vP[n],其中n=1,...SFmax(9)在中間編碼s生成器21中,將各個連在一起的信道標(biāo)識序列cp與實數(shù)擾頻碼v進行兩個向量間逐元素的乘法,可以計算出中間實數(shù)編碼s(步驟103)。因為兩個向量的長度相等,所以它們之間允許進行乘法。中間編碼s的第n個元素定義為s[n]=cp[n]·v[n],其中n=1,...SFmax(10)其中cp是子通道k的信道標(biāo)識碼c的周期擴展,它包含與擴頻因子SF相對應(yīng)的c的N個周期。長度為SFmax以的中間實數(shù)編碼s可由v和c來計算(步驟103),它由M+P個實數(shù)編碼構(gòu)成。
對于給定的子通道(第k個),只需計算一次中間編碼s。因為對于子通道k要發(fā)送的整個數(shù)據(jù)序列只需一次計算,所以可以得到較高的效率。步驟105對群N計數(shù)進行初始化,群N處理器19組合一個含有N個符號的向量d(步驟107)。步驟109對符號di的計數(shù)進行初始化。
每個子序列zi(公式5)的生成都涉及到復(fù)數(shù)序列jSF(i-1)+n,其中n=1,...SF,擴頻器17據(jù)此提高了處理速度。之所以出現(xiàn)這一序列,是因為每個復(fù)數(shù)編碼 都是由實數(shù)擾頻碼c,v乘以復(fù)數(shù)序列jn(公式4)得到的。根據(jù)公式5,并利用乘法的交換特性,可以通過中間編碼s利用實數(shù)信道標(biāo)識碼cp和實數(shù)擾頻碼v的乘積(步驟103)。表示zi(zi是z內(nèi)長度為SF個碼元的段,它表示群內(nèi)子通道k的第i個擴頻符號di的貢獻)第n個元素的公式5變?yōu)閦i[n]=di·c[n]·v[SF(i-1)+n]·jP1SF(i-1)·j(P1+M1)n...(11)]]>式中n=1...SF,i=1,2,...N。
為了對一個群完成該擴頻處理,需要將中間編碼s與群內(nèi)所有符號的組合相乘。與復(fù)操作符j相乘相當(dāng)于將乘數(shù)逆時針旋轉(zhuǎn)(旋轉(zhuǎn)的度數(shù)可變),本發(fā)明的擴頻器17利用這一特性省去了很多乘法運算。旋轉(zhuǎn)包括實部、虛部之間的交換,并伴以符號變化。 的第n個元素可以通過將其第(n-1)個元素乘以復(fù)操作符j(P1+M1)得到,其定義為d~i[n]=j(P1+M1)d~i[n-1],]]>式中n=1,...SF (12)式中 的第0個元素初始化為d‾~i
=dijSF(i-1)P1...(13)]]>公式13賦予 以初始相位di,對其進行初始化。di是以下三個參數(shù)的函數(shù)擴頻因子SF、待擴頻符號在群內(nèi)的位置i和復(fù)數(shù)擾頻碼的個數(shù)P1。步驟111執(zhí)行這一初始化的第一步。
乘以一個復(fù)操作符j與將乘數(shù)逆時針旋轉(zhuǎn)90°是等價的。利用這一等價特性, 的第n個元素的實部和虛部可分別由其第(n-1)個元素的虛部和實部推得。因為含有N個符號的群由N個周期的子通道k(擴頻因子為SF)信道標(biāo)識碼c擴頻,所以i的取值范圍是i=1,...N。
符號計數(shù)i被初始化(步驟109)之后,就可以對含有N個符號的群進行處理,并初始化di
(步驟111)。當(dāng)擴頻因子SF滿足下式時對于任意整數(shù)p SF·P1=4q(14)因為對于任意整數(shù)q,j4q=1,所以公式12簡化為d‾~i
=di.]]>當(dāng)SF不滿足公式14時(步驟113),通過賦予符號di以初始相位d‾~i
=jSF(i-1)P1d~t
,]]>即可得到 (步驟115)。
方法97進行四個檢測來確實所需符號旋轉(zhuǎn)總數(shù),該數(shù)目決定于所用復(fù)擴頻碼的數(shù)目。當(dāng)M1+P1=4p,(p是任意整數(shù))時(步驟117),復(fù)操作符變?yōu)閖(p1+M1)=1,]]> 的第n個元素的實部和虛部可以由其第(n-1)個元素的實部和虛部及復(fù)操作符推得,如步驟119中的公式15和公式16所示。旋轉(zhuǎn)器25將 的第(n-1)個元素旋轉(zhuǎn)0°得到它的第n個元素。
當(dāng)M1+P1=4p+1(p為任意整數(shù))時(步驟135),復(fù)操作符變?yōu)閖(p1+M1)=j,]]> 的第n個元素的實部和虛部可由其第(n-1)個元素的虛部和實部及復(fù)操作符推得,如步驟123中的公式17和公式18所示。旋轉(zhuǎn)器25將 的第(n-1)個元素逆時針旋轉(zhuǎn)90°得到它的第n個元素。
當(dāng)M1+P1=4p+2,(p為任意整數(shù))時(步驟125),復(fù)操作符變?yōu)閖(p1+M1)=-1,]]> 的第n個元素的實部和虛部可以由第(n-1)個元素的實部和虛部及復(fù)操作符推得,如步驟127中的公式19和公式20所示。旋轉(zhuǎn)器25將 的第(n-1)個元素逆時針旋轉(zhuǎn)180°得到它的第n個元素。
在剩下的情況——M1+P1=4p+3(p是任意整數(shù))中(步驟129),復(fù)操作符變?yōu)閖(p1+M1)=-j,]]> 的第n個元素的實部和虛部可以由第(n-1)個元素的實部和虛部及復(fù)操作符推得,如步驟131公式21和公式22所示。旋轉(zhuǎn)器25將 的第(n-1)個元素旋轉(zhuǎn)270°得到它的第n個元素。
利用公式15-22說明的SF次旋轉(zhuǎn),可以為群(含有N個符號)中的第i個符號計算出中間碼元序列 (長度為SF個碼元)。實際乘法運算由旋轉(zhuǎn)器25執(zhí)行的相移操作所代替,如圖7a-d所示,它們分別對應(yīng)于以上所述的0°、90°、180°和270°旋轉(zhuǎn),用于計算長度為SF個碼元的向量 如圖7a-d所示,在第i個符號間隔內(nèi), 的第0個元素由新的復(fù)數(shù)據(jù)符號di通過公式13初始化。如果已定符號旋轉(zhuǎn)的大小為90°、180°或270°, 的實部和虛部被加載于寄存器中,以保持 的實部 和虛部 的實部和虛部在寄存器內(nèi)以碼元速率移動。寄存器有兩個存儲元件,它們與一個反饋路徑一起完成由 的第(n-1)個元素的虛部和實部向第n個元素實部和虛部的推導(dǎo)(公式17-22)。符號變換通過乘以-1來完成。旋轉(zhuǎn)器25在第n個碼元間隔的抽頭處輸出Zreal,Zimag用作 和 因此,旋轉(zhuǎn)器輸出n=1,...SF個碼元間隔用以表示長度為SF個碼無的向量 即數(shù)據(jù)符號di與jSF(i-1)+n(n=1,...SF)的乘積。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道,圖7a中的旋轉(zhuǎn)器25完成復(fù)平面(圖2)中的0°相位旋轉(zhuǎn)后,其輸出仍然是數(shù)據(jù)符號輸入的實部 和虛部 該符號并未進行任何相位變化。圖7b中的旋轉(zhuǎn)器25完成90°相位旋轉(zhuǎn)后,其輸出的符號虛部 是輸入數(shù)據(jù)符號的實部,輸出的符號實部 是輸入數(shù)據(jù)符號的虛部,但要改變其符號。圖7c中的旋轉(zhuǎn)器25完成180°相位旋轉(zhuǎn)后,其輸出的符號虛部 是輸入數(shù)據(jù)符號的虛部,但要改變其符號,輸出的符號實部 是輸入數(shù)據(jù)符號的實部,但要改變其符號。圖7d中的旋轉(zhuǎn)器25完成270°相位旋轉(zhuǎn),其輸出的符號虛部 是輸入數(shù)據(jù)符號的虛部,輸出的符號實部 是輸入數(shù)據(jù)符號的實部,但要改變其符號。
根據(jù)圖6d,在對群內(nèi)所有其它符號進行類似處理之后(步驟133),它們的d~l(i=1,...n)]]>被組合在一起構(gòu)成長度為SFmax的 然后將其乘以中間編碼s得到群的最終擴頻序列z(步驟135)。對其余群重復(fù)該處理(步驟137),如果需要可增大群的下標(biāo)(步驟139)。
當(dāng)所用編碼的數(shù)目為特定值,并且保持不變時,可以實現(xiàn)擴頻器17的替代實施例。例如,如果擴頻器17被配置于一個通信系統(tǒng)的發(fā)射機內(nèi),該系統(tǒng)只需要兩個編碼用于隔離,一個為實數(shù),一個為復(fù)數(shù),復(fù)編碼的總數(shù)等于1,滿足條件M1+P1=4p+1(j(復(fù)數(shù)編碼的個數(shù))模4)(步驟121),因此只需要一個90°相位旋轉(zhuǎn)。其它用于0°、180°、270°相位旋轉(zhuǎn)的檢測(步驟117、125、129)及其相對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)(步驟119、127和131)都可以省略。可以組合出任意數(shù)目的編碼,用于擴頻群N處理器19中組合的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明是以較佳實施例進行說明的,在下面的權(quán)利要求中包括了本發(fā)明范圍內(nèi)的其它變化,本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解它們。
權(quán)利要求
1.一種擴頻器(17),所述擴頻器(17)對通信系統(tǒng)中的多個數(shù)據(jù)信號(dk)進行擴頻,以便進行傳輸,所述擴頻器(17)為各數(shù)據(jù)信號(d)分配多個擴頻碼(c‾~1···c‾~Ml,c‾Ml+1···c‾M)]]>和(v‾~1···v‾~Pl,v‾Pl+1···v‾P)]]>中的至少一個擴頻碼,其中,從多個擴頻碼中而來的為各數(shù)據(jù)信號(d)所分配的擴頻碼中的至少一個為復(fù)數(shù),所述擴頻器(17)的特征在于多個數(shù)據(jù)輸入,其用于接收各數(shù)據(jù)信號(dk)的符號(di);多個處理器(19),其分別與各數(shù)據(jù)輸入相連,用于接收分配的擴頻因子SF,并根據(jù)所述擴頻因子SF而定義符號(di)的群N,以進行擴頻;多個中間編碼s生成器(21),各中間編碼s生成器(21)對各數(shù)據(jù)信號、根據(jù)指定擴頻因子SF和由所述多個編碼(c‾~1···c‾~Ml,c‾Ml+1···c‾M)]]>和(v‾~1···v‾~Pl,v‾Pl+1···v‾P)]]>而獲得的多個實數(shù)碼(c1…cMl,cMl+1…cM)和(v1…vPl,vPl+1…vP)的至少一個分配的擴頻碼(c)以及至少一個分配的擴頻碼(v)而計算擴頻碼s,每個所述中間編碼s生成器輸出中間編碼(s);多個旋轉(zhuǎn)器(25),其分別與處理器(19)的各輸出相連,用于在所述各群N中進行各所述數(shù)據(jù)輸入符號(di)的相位旋轉(zhuǎn),得到復(fù)數(shù)量(d‾~i,real[n],d‾~i,imag[n]),]]>每個所述數(shù)據(jù)信號(d)群N的復(fù)數(shù)量(d‾~i,real[n],d‾~i,imag[n])]]>由所述數(shù)據(jù)信號(d)中間編碼s進行擴頻,并且輸出作為對于所述各數(shù)據(jù)信號(d)的擴頻數(shù)據(jù)信號 以及加法器(29),其用于將所有所述擴頻數(shù)據(jù)信號 結(jié)合為復(fù)合擴頻信號 作為輸出;其中k,M,P,N,i以及n是正整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述擴頻器(17),其中,各所述處理器(19)應(yīng)用下面的關(guān)系式確定群NN=SFmaxSF]]>其中,N表示所述群N中數(shù)據(jù)符號的個數(shù),SFmax表示所述通信系統(tǒng)中的最大擴頻因子,SF為分配給各數(shù)據(jù)信號的擴頻因子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述擴頻器(17),其中,由所述旋轉(zhuǎn)器對所述各數(shù)據(jù)信號(d)進行的所述相位旋轉(zhuǎn)的數(shù)量是根據(jù)為所述各數(shù)據(jù)信號(d)所分配的復(fù)數(shù)擴頻碼的總數(shù)來決定的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述擴頻器(17),其中,所述多個分配的擴頻碼的特征在于信道標(biāo)識碼(c‾~1···c‾~Ml,c‾Ml+1···c‾M)]]>和擾頻碼(v‾~1···v‾~Pl,v‾Pl+1···v‾P).]]>
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述擴頻器(17),其中,所述信道標(biāo)識碼(c‾~1···c‾~Ml,c‾Ml+1···c‾M)]]>還包括復(fù)數(shù)部分和實數(shù)部分,而所述擾頻碼(v‾~1···v‾~Pl,v‾Pl+1···v‾P)]]>包括復(fù)數(shù)部分和實數(shù)部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述擴頻器(17),其中,由所述旋轉(zhuǎn)器對各所述數(shù)據(jù)信號(d)所進行的所述相位旋轉(zhuǎn)的總數(shù)是根據(jù)所述復(fù)數(shù)信道標(biāo)識碼和復(fù)數(shù)擾頻碼的總數(shù)來決定的。
7.一種擴頻器(17),所述擴頻器(17)對通信系統(tǒng)中的信號(d)進行擴頻,用于傳輸;所述擴頻器(17)為所述數(shù)據(jù)信號(d)分配多個擴頻碼(c‾~1···c‾~Ml,c‾Ml+1···c‾M)]]>和(v‾~1···v‾~Pl,v‾Pl+1···v‾P)]]>中的至少一個擴頻碼,其中,從多個擴頻碼中而來的對數(shù)據(jù)信號(d)所分配的擴頻碼中的至少一個為復(fù)數(shù),所述擴頻器(17)的特征在于數(shù)據(jù)輸入,其用于接收各數(shù)據(jù)信號(d)的符號(di);處理器(19),其與數(shù)據(jù)輸入相連,用于接收分配的擴頻因子SF,并根據(jù)所述擴頻因子SF而定義符號(di)的群N,以進行擴頻;中間編碼s生成器(21),其對各數(shù)據(jù)信號、根據(jù)指定擴頻因子SF和由所述多個編碼(c‾~1···c‾~Ml,c‾Ml+1···c‾M)]]>和(v‾~1···v‾~Pl,v‾Pl+1···v‾P)]]>而獲得的多個實數(shù)碼(c1…cMl,cMl+1…cM)和(v1…vPl,vPl+1…vP)的至少一個分配的擴頻碼(c)以及至少一個分配的擴頻碼(v)而計算中間編碼s,所述中間編碼s生成器輸出中間編碼(s);以及旋轉(zhuǎn)器(25),其與處理器(19)的輸出相連,用于在所述群N中進行各所述數(shù)據(jù)輸入符號(di)的相位旋轉(zhuǎn),得到復(fù)數(shù)量(d‾~i,real[n],d‾~i,imag[n]),]]>所述數(shù)據(jù)信號(d)群N的復(fù)數(shù)量(d‾~i,real[n],d‾~i,imag[n]),]]>由所述數(shù)據(jù)信號(d)中間編碼s進行擴頻,并且輸出作為對于所述數(shù)據(jù)信號(d)的擴頻數(shù)據(jù)信號 其中M,P,N,i以及n是正整數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述擴頻器(17),其中,所述處理器(19)應(yīng)用下面的關(guān)系式確定群NN=SFmaxSF]]>其中,N表示所述群N中數(shù)據(jù)符號的個數(shù),SFmax表示所述通信系統(tǒng)中的最大擴頻因子,SF為分配給所述數(shù)據(jù)信號的擴頻因子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述擴頻器(17),其中,由所述旋轉(zhuǎn)器對所述數(shù)據(jù)信號(d)進行的所述相位旋轉(zhuǎn)的數(shù)量是根據(jù)為所述數(shù)據(jù)信號(d)所分配的復(fù)數(shù)擴頻碼的總數(shù)來決定的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述擴頻器(17),其中,所述多個分配擴頻碼的特征還在于信道標(biāo)識碼(c‾~1···c‾~Ml,c‾Ml+1···c‾M)]]>和擾頻碼(v‾~1···v‾~Pl,v‾Pl+1···v‾P)]]>
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述擴頻器(17),其中,所述信道標(biāo)識碼(c‾~1···c‾~Ml,c‾Ml+1···c‾M)]]>還包括復(fù)數(shù)部分和實數(shù)部分,而所述擾頻碼(v‾~1···v‾~Pl,v‾Pl+1···v‾P)]]>包括復(fù)數(shù)部分和實數(shù)部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述擴頻器(17),其中,對所述數(shù)據(jù)信號(d)進行的所述相位旋轉(zhuǎn)的總數(shù)是根據(jù)所述復(fù)數(shù)信道標(biāo)識碼和復(fù)數(shù)擾頻碼的總數(shù)來決定的。
13.一種擴頻器(17),所述擴頻器(17)對通信系統(tǒng)中的k個數(shù)據(jù)信號(dk)進行擴頻,以便進行傳輸,其中,k為大于0的任何整數(shù),所述擴頻器(17)為各數(shù)據(jù)信號(d)分配多個擴頻碼(c‾~1···c‾~Ml,c‾Ml+1···c‾M)]]>和(v‾~1···v‾~Pl,v‾Pl+1···v‾P)]]>中的至少一個擴頻碼,其中,從多個擴頻碼中而來的為各數(shù)據(jù)信號(d)所分配的擴頻碼中的至少一個為復(fù)數(shù),所述擴頻器(17)的特征在于k個數(shù)據(jù)輸入,其用于接收各數(shù)據(jù)信號(dk)的符號(di);k個處理器(19),其分別與各數(shù)據(jù)輸入相連,用于接收分配的擴頻因子SF,并根據(jù)所述擴頻因子Sf而定義符號(di)的群N,以進行擴頻;k個中間編碼s生成器(21),各中間編碼s生成器(21)對各數(shù)據(jù)信號、根據(jù)指定擴頻因子SF和由所述多個編碼(c‾~1···c‾~Ml,c‾Ml+1···c‾M)]]>和(v‾~1···v‾~Pl,v‾Pl+1···v‾P)]]>而獲得的多個實數(shù)碼(c1…cMl,cMl+1…cM)和(v1…vPl,vPl+1…vP)的至少一個分配的擴頻碼(c)以及至少一個分配的擴頻碼(v)而計算擴頻碼s,每個所述中間編碼s生成器輸出中間編碼(s);k個旋轉(zhuǎn)器(25),其分別與處理器(19)的各輸出相連,用于在所述各群N中進行各所述數(shù)據(jù)輸入符號(di)的相位旋轉(zhuǎn),得到復(fù)數(shù)量(d‾~i,real[n],d‾~i,imag[n]),]]>每個所述數(shù)據(jù)信號(d)群N的復(fù)數(shù)量(d‾~i,real[n],d‾~i,imag[n])]]>由所述數(shù)據(jù)信號(d)中間編碼s進行擴頻,并且輸出作為對于所述各數(shù)據(jù)信號(d)的擴頻數(shù)據(jù)信號 當(dāng)k大于1時,所述擴頻器(17)的特征還在于加法器(29),其用于將所有所述擴頻數(shù)據(jù)信號 結(jié)合為復(fù)合擴頻信號 作為輸出;其中M,P,N,i以及n是正整數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述擴頻器(17),其中,各處理器(19)應(yīng)用下面的關(guān)系式確定群NN=SFmaxSF]]>其中,N表示所述群N中數(shù)據(jù)符號的個數(shù),SFmax表示所述通信系統(tǒng)中的最大擴頻因子,SF為分配給所述數(shù)據(jù)信號的擴頻因子。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述擴頻器(17),其中,由所述旋轉(zhuǎn)器對所述數(shù)據(jù)信號(d)進行的所述相位旋轉(zhuǎn)數(shù)量是根據(jù)為所述數(shù)據(jù)信號(d)所分配的復(fù)數(shù)擴頻碼的總數(shù)來決定的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述擴頻器(17),其中,所述多個分配擴頻碼的特征在于信道標(biāo)識碼(c‾~1···c‾~Ml,c‾Ml+1···c‾M)]]>和擾頻碼(v‾~1···v‾~Pl,v‾Pl+1···v‾P)]]>
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述擴頻器(17),其中,所述信道標(biāo)識碼(c‾~1···c‾~Ml,c‾Ml+1···c‾M)]]>還包括復(fù)數(shù)部分和實數(shù)部分,而所述擾頻碼(v‾~1···v‾~Pl,v‾Pl+1···v‾P)]]>包括復(fù)數(shù)部分和實數(shù)部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述擴頻器(17),其中,由所述旋轉(zhuǎn)器對所述數(shù)據(jù)信號(d)所進行的所述相位旋轉(zhuǎn)的總數(shù)是根據(jù)所述復(fù)數(shù)信道標(biāo)識碼和復(fù)數(shù)擾頻碼的總數(shù)來決定的。
19.一種通信系統(tǒng),所述通信系統(tǒng)具有用于對數(shù)據(jù)信號進行擴頻的擴頻器,所述數(shù)據(jù)信號包括至少多個數(shù)據(jù)符號;所述系統(tǒng)分配多個擴頻碼中的至少一個擴頻碼,其中,在所述多個擴頻碼中的至少一個為復(fù)數(shù),所述擴頻器的特征在于數(shù)據(jù)輸入,其用于接收所述數(shù)據(jù)符號;控制輸入,其用于接收為數(shù)據(jù)信號分配的擴頻因子;中間編碼生成器,其用于根據(jù)所述分配的擴頻因子和由所述多個分配的擴頻碼而獲得的多個實數(shù)編碼中的至少一個而計算擴頻碼,所述中間編碼生成器輸出中間編碼;以及旋轉(zhuǎn)器,其用于對各符號進行相位旋轉(zhuǎn)以生成復(fù)數(shù)量,利用所述中間編碼對所述復(fù)數(shù)量進行擴頻,并輸出為擴頻數(shù)據(jù)信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述系統(tǒng),其中,由所述旋轉(zhuǎn)器進行的所述相位旋轉(zhuǎn)的數(shù)量由分配的擴頻碼的總數(shù)來決定。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述系統(tǒng),其中,所述多個分配的擴頻碼的特征還在于信道標(biāo)識碼和擾頻碼。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述系統(tǒng),其特征還在于,所述信道標(biāo)識碼包括復(fù)數(shù)編碼和實數(shù)編碼,而所述擾頻碼包括復(fù)數(shù)編碼和實數(shù)編碼。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述系統(tǒng),其中,由所述旋轉(zhuǎn)器進行的所述相位旋轉(zhuǎn)的數(shù)量根據(jù)所分配的復(fù)數(shù)信道標(biāo)識碼和復(fù)數(shù)擾頻碼的總數(shù)來決定。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述系統(tǒng),其中,所述相位旋轉(zhuǎn)的特征還在于j(復(fù)數(shù)編碼的總數(shù))模4,其中,剩余為0時旋轉(zhuǎn)0°,剩余1時旋轉(zhuǎn)90°,剩余為2時旋轉(zhuǎn)180°,剩余為3時旋轉(zhuǎn)270°。
全文摘要
一種CDMA應(yīng)用的擴頻系統(tǒng)及方法,它需要較少的整數(shù)乘法次數(shù)。利用基于實整數(shù)或復(fù)整數(shù)的擴頻碼對用戶數(shù)據(jù)進行擴頻,該擴頻碼的長度可為SF個碼元至SF
文檔編號H04B1/707GK1812280SQ20061000768
公開日2006年8月2日 申請日期2000年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月23日
發(fā)明者R·M·米斯拉, G·S·蒂爾 申請人:交互數(shù)字技術(shù)公司