專利名稱：具有碼序列和頻率選擇系統(tǒng)的通信設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地講涉及通信設備，具體地講涉及碼分多址(CD-MA)通信設備。
在直接序列碼分多址(CDMA)系統(tǒng)中，很多發(fā)射機可工作在寬的但是相同的頻率間隔。該信號在接收機利用它們的偽隨機擴展序列或代碼的差別進行鑒別。但是，在存在一個強信號時，信號的恢復不考慮所使用擴頻碼幾乎是不可能的。這產生了一般熟知的稱為近-遠(near-far)問題。當一個強信號出現(xiàn)在相同的頻率時，該接收機不可能接收信號。這樣的條件嚴重妨礙CDMA系統(tǒng)的工作，直到強信號消失為止。因此希望有一個CDMA系統(tǒng)，即使存在強信號也允許在無線電設備之間進行通信。
簡言之，根據本發(fā)明，公開了一種可用的擴頻碼重用的碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個控制擴頻碼和一個控制頻率，用于提供各種通信設備之間的通信。第一個通信設備發(fā)送具有該控制頻率并由控制擴頻碼擴頻的信號。這個信號包括從第二通信設備中請求一個最佳擴頻碼和一個最佳工作頻率。第二通信設備包括一個接收機，它接收一個信號并著手識別第一最佳工作頻率，第二通信設備還包括用于識別對于信號的接收最佳的第一擴頻碼。發(fā)射機向第一通信設備發(fā)送第一擴頻碼和最佳工作頻率的識別。在這個信號交換之后，第一和第二通信設備使用最佳頻率和最佳擴頻碼工作。在本發(fā)明的另一方面，第一通信設備識別對其條件最佳的工作頻率和工作碼并且將該碼和該頻率的識別傳送至第二通信設備，以致于這兩設備之間的通信可以以對每個設備是最佳的頻率繼續(xù)進行。


圖1是根據本發(fā)明的一個通信系統(tǒng)。
圖2是根據本發(fā)明的一個通信設備的方框圖。
圖3表示根據本發(fā)明的通信系統(tǒng)工作的流程圖。
圖4表示在一個通信系統(tǒng)中頻率和碼的分配。
圖5表示在一個通信系統(tǒng)中頻率和碼的集中分配。
參見圖1，根據本發(fā)明表示出一個碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)10。第一通信設備100包括一個天線102，而第二通信設備106包括一個天線104。在優(yōu)選的實施例中，第一通信設備100是啟始器(ini-tiator)或始發(fā)器(originator)，而第二通信設備106是目標通信設備。這些通信設備使用通信設備頻率信號和擴頻碼互相通信。通信系統(tǒng)10最好是一個直接序列碼分多址(DS-CDMA)通信系統(tǒng)。正如本領域眾所周知的，在這樣的系統(tǒng)中，許多對的用戶可工作在相同的頻率間隔，并且通過使用不同的偽隨機擴頻序列或碼互相分離開。正是不同的擴頻碼之間的低互相關性允許用戶對在相同的頻率上獨立地工作。在碼之間遇到的干擾的平均測量是均方互相關。由于碼之間的互相關取決于它們之間的時間偏移，所以均方互相關是較好的干擾測量。均方相關r可以用于以下的式子來估算式中N＝序列長度，N＝片持續(xù)時間，tk＝第k個偏移，Cm(t)＝第M個碼序列。
不同的成對的碼(例如金色碼)將具有不同的均方互相關值。這意味著另一個通信機對你的特定通信的干擾的大小取決于它使用哪種碼和該配對與所用的碼如何互相關?；旧贤ㄟ^測量一個碼與在信道上的信號之間的均方互相關，就可以得到在隨后的通信中這個特定碼將受到多大的干擾和在該系統(tǒng)中正使用哪些碼。
在本發(fā)明中，第一通信設備100發(fā)送一個用控制碼擴頻的信號，這個信號包括對最佳擴頻碼和最佳工作頻率的請求。第二通信設備106接收這個信號并使用已知的控制碼和已知的控制頻率恢復其內容。應指出，這個控制碼和控制頻率對通信系統(tǒng)10中的所有通信設備是共用的。因此，通信設備如100和106知道每個信號必須與控制碼互相關，以便確定該信號是否包含控制信息，如由第一通信設備100發(fā)送的請求一個最佳擴頻碼和最佳頻率的信息。
在該信號由第二通信設備106接收之后，該信號被解碼和執(zhí)行請求最佳擴頻碼及工作頻率。通信設備106接著識別最佳擴頻碼和它希望接收信號的最佳頻率。然后這個擴頻碼和最佳頻率的頻率的識別最好使用控制碼和控制頻率發(fā)送到通信設備100。此后，從通信設備100到通信設備106的通信使用這個最佳擴頻碼在最佳工作頻率上進行。
在本發(fā)明的另一個方面，從第二通信設備106傳送的、指明最佳擴頻碼和最佳頻率的頻率的信號包括對第一通信設備100是最佳的碼和頻率的一個請求。這樣做使得通信設備106可以確定通信設備100希望接收信號的頻率和擴頻碼。通信設備100確定最佳頻碼和最佳工作頻率并且發(fā)送它們的識別到在其下一個通信中的通信設備106。可以看到，第一通信設備100這時知道第二通信設備106希望與其通信的最佳擴頻碼和頻率。類似地，第二通信設備106知道第一通信設備100希望與其通信最佳的擴頻碼和頻率。因此兩個通信設備100和106之間的通信將使用這些最佳碼和頻率繼續(xù)進行。
在本發(fā)明的又一個方面，第一通信設備100和第二通信設備106之間的通信可通過請求最佳擴頻碼和頻率的更新周期地固定。由于CDMA信道的條件變化，在需要最佳碼和頻率更新的應用中這是希望的。確實，可能希望每個通信設備自動地和周期地搜索最佳碼和頻率，并且在最合適的時刻將它們傳送到其它通信設備。這樣的系統(tǒng)可保證最佳的通信而不另外要求復雜的代碼和頻率。
總之，已經表示了工作在CDMA環(huán)境中的通信設備可使用最佳擴頻碼和頻率在開始通信之前允許通信單元請求它們。因此，接收單元確定對其環(huán)境的最佳碼和頻率并且將它們傳送回到一個始發(fā)單元。應指出，在請求和建立每個通信設備的最佳碼和頻率中可使用各種信號交換和協(xié)議。這些這種信號交換和協(xié)議的詳細敘述被刪去了以避免不必要的羅索。
參見圖2，根據本發(fā)明表示出一個無線電通信設備100的方框圖。在天線102接收的信號耦合到一個天線開關228并在混頻器202用第一本機振蕩器信號進行混頻。第一本機振蕩器信號在第一本機振蕩器226產生?；祛l器202的輸出接到IF帶通濾波器216并加到第二混頻器218與第二本機振蕩器信號進行混頻。這個信號由振蕩器220產生。IF帶通濾波器216的輸出還接到一個包括檢波器224。包括檢波器224測量IF信號的包絡并把結果提供給控制器212。在混頻器218的輸出的基帶信號耦合到可適應的匹配濾波器204?？蛇m應的匹配濾波器204通過控制器212設定。濾波器204的輸出被連接到平方積分部件206和208，然后接到取樣與保持部件210。取樣與保持部件210、積分部件208的輸出取樣并保持這些值，且提供該值給控制器212。
本質上，控制器212識別用于通信設備100的最佳擴頻碼和最佳工作頻率。為了識別最佳頻率，控制器212設定第一本機振蕩器的工作頻率，以便估算該特定的頻率。IF信號的包絡經過包絡檢波器224測量并反饋到控制器212。當這個包括高于確定的閾值時，控制器212引導該本機振匯器226到下一個頻率。在優(yōu)選的實施例中，工作頻率的質量是通過評價IF信號的包絡確定的。當這個包絡下降到低于由控制器212控制的確定的閾值時，那個信號被識別為最佳頻率。根據確定的最佳頻率，控制器212進入識別在該頻率內的最佳擴頻碼。為此，控制器212將可適用的匹配濾波器204設定為存儲在存儲器214中的各種碼。在濾波器204輸出的信號被平方和積分，再加到取樣與保持部件210。取樣信號的值由控制器212估算，并作出是否是最佳碼的判定。當對這個頻率的所有的碼都檢測時，控制器212進入在一個消息中組合最佳工作頻率和最佳碼的過程，并將結果提供給發(fā)射機230進行傳輸。發(fā)射機230的輸出接到天線轉換開關228，天線轉換開關228用于提供從發(fā)射機230到天線102的耦合。
在本發(fā)明的另一方面，控制器212進入確定對于通信設備100為最佳的工作頻率不只是一個，而是很多最佳頻率的情況。為了實現(xiàn)這個情況，上述定位一個工作頻率的程序被重復，直到用于通信設備100的所有工作頻率都已檢測為止。應懂得，可能有很多碼與每一個工作頻率相關。這些也可由控制器212使用上述步驟確定。所有這些最佳碼和最佳頻率可經過發(fā)射機230傳送。還應懂得，如在圖2中所示的通信設備100的方框圖是提供類似的功能的許多實施例之一。CDMA通信系統(tǒng)是本領域公知的，而且識別工作頻率和工作碼的方法也是本領域公知的。人們可使用其它通信設備以實現(xiàn)最佳擴頻碼和最佳工作頻率的選擇而不脫離本發(fā)明的精神。
參見圖3，根據本發(fā)明所示的通信系統(tǒng)工作的流程圖。從開始方框301，第一通信設備100進入在方框302識別它希望接收信號的最佳工作頻率。然后利用識別的最佳工作頻率，第一通信設備經過方框304進入識別這些頻率內的最佳擴頻碼。這些最佳頻率和最佳擴頻碼被標為第二工作頻率和第二擴頻碼。然后在方框306，第一通信設備使用控制碼和控制頻率發(fā)送最佳擴頻碼和第二最佳工作頻率的頻率的識別。在識別這些擴頻和最佳工作頻率的同時，在方框308第一通信設備發(fā)送一個信號，從一個識別的第二通信設備請求對于第二通信設備最佳的擴頻碼和工作頻率。在方框310，第二通信設備收到這個請求。在方框312，第二通信設備進入識別最佳的工作頻率。經過方框313，第二通信設備進一步識別最佳頻碼。由第二通信設備識別的工作頻率和擴頻碼被標為第一擴頻碼和第一工作頻率。然后在方框314，第二通信設備向第一通信設備發(fā)送該最佳頻率和最佳碼。在方框316，第一無線電設備接收最佳碼和最佳頻率的頻率的識別。利用第一和第二通信設備之間交換的最佳碼和最佳頻率，通信可使用這些最佳參數進行。在方框318，第一通信設備，與第二通信設備使用第一最佳碼和最佳頻率進行通信。在方框320，第二通信設備與第一通信設備使用第二最佳碼和最佳頻率通信。在這個建立的通信之后，每個通信設備可周期地花時間更新其最佳頻率和最佳碼。方框332和324給第一和第二通信設備提供這個功能。在方框326，第一和第二通信設備使用更新的碼和更新的最佳頻率互相通信。
在本發(fā)明的另一方面，每個通信設備可以對那個頻率選擇一個以上的最佳頻率和一個以上的最佳碼。這樣的特性允許接收的(目標)通信設備選擇哪些碼和頻率對其情況是最佳的，而不是由另一個(始發(fā)的)通信設備控制的。在兩個通信設備工作在相同頻率的最簡單的工作時這個特性是有用的。這允許第一通信設備識別到它的工作頻率和最佳碼，和第二通信設備從這些碼和頻率中選擇。
基本上，本發(fā)明提供二維的CDMA通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)促進碼的重用并減少弱信號的擦除。不是在一個給定的頻率間隔上完全地擴頻一個信號，頻率間隔可被分為頻率信道。這意味著該信號的擴頻處理增益必須減少。換句話說，不是在一個CDMA系統(tǒng)中有一個很寬的帶寬，而是劃分該帶寬用以產生很多信號。雖然這減少了處理增益，但是如在優(yōu)選的實施例中所表示的可實現(xiàn)顯著的益處。如果在所述頻率存在一個強干擾，則通過犧牲處理增益抗干擾性，可有更多的可用的再處理頻率。通過允許通信設備定位在最佳工作頻率，該系統(tǒng)已提供了一個改變頻率以便尋找一個頻率間隔的機會，在該頻率間隔有很少的用戶或者用戶是足夠的，它們的干擾是微不足道的。如果有M個頻率和K個可用碼，則有M×K碼頻率組合。如果信道數M增加，則在每條頻率信道上的可用擴頻帶寬減少。當信道帶寬減少時，K也減少，則可用碼的數量減少一個類似的系數。因此，碼/頻率組合的數量的剩下相同的數量不管可用帶寬是如何劃分的。
已經表明，通過將可用頻譜分為K個的信道，可用碼的數量就以相同的系數增加。換句話說，如果有M個碼，則通信設備互相通信可用的碼/頻率數是(m×k)?？梢钥闯觯ぷ髟贑DMA系統(tǒng)的一個通信設備在與另一個通信設備之前已不再需要等待到一個強信號情況已消失為止。由于該頻譜被分為許多信道，兩個通信設備可在一條信道上通信，而不阻止其它通信設備利用該CDMA系統(tǒng)中的信道，因而減少了目前在CDMA系統(tǒng)中經受的近遠問題。這個組合碼與頻率選擇系統(tǒng)在較高的用戶密度中具有較好的性能。換句話說，通過將頻帶寬度分為很多信道，可接納更多的用戶而沒有由于強信號條件的鎖定障礙。
通過參見圖4和5，本發(fā)明的二維方面更好地理解了。這個圖示出了許多垂直和水平的方框，垂直軸表明碼的可用性，而水平軸表明頻率的可用性。每個方框代表在具有與相應行的碼匹配的一個濾波器的對應列的頻率上接收的能量輸出。白色方框表示在一個特定的碼/頻率組合沒有任何信號。單斜線方框表示在一個特定的碼頻率組合存在著弱的或中等的信號。雙斜線方框表示在一個特定的碼頻率組合存在著強信號。由于碼之間有一些相互干擾，所以從那個頻率信道上任何碼來的強信號的存在都使得那個頻率對于接收機是無用的，無論使用哪個剩余的未使用碼。類似地，多個中等信號的存在增加了對于該頻率是不可用的點的總干擾。
圖5中方框401的行表示在各個頻率的密度的總結果。方框407表示在頻率F1存在用擴頻碼C2編碼的一個弱信號。可以看到在頻率率F1，該弱信號與控制碼碼C3，Ck-2和Ck一起存在。在F1的所有這些弱信號之和使得這個頻率不可用，因此雙斜線方框的方框402表明在F1使用很多碼的強信號的存在。方框410表示在F4存在具有擴頻碼C1的強信號。因此在方框404，這個強信號的存在足以使頻率F2不能用。方框408表明在F3存在具有擴頻碼C4的一個弱信號，這得到方框405，它表明F3可容納更多的擴頻碼。類似地，方框402，404和406表明在頻率F2，F(xiàn)4和FM-2存在強信號，而在頻率F1存在一個弱信號。在這個例子中，方框405表明頻率F3和FM-1是最佳頻率和在這些頻率下的白色方框是最佳擴頻碼。
一個特定頻率的有用性可通過檢查在那個頻率而不是在每個碼/頻率組合的能量進行估算。例如，在F1的多個中等能量用戶407將在整個402的F1上給出一個高能量讀數。類似地，在F2單個強用戶410將在整個404的F2上給出一個高能量讀數。在這兩個情況下，存在著該頻率對該接收機是無用的高概率。另一方面，在整個405的F3的測量表示在這個頻率的中等能量和可用碼的電勢(po-tential)。利用與那些碼匹配的濾波器檢查在這個頻率的碼將確定白色方框為可用碼。
總之，已經表明了在一個CDMA系統(tǒng)中，通信設備可識別最佳工作頻率和最佳擴頻碼，然后將它們傳送到希望用這些最佳頻率和最佳擴頻碼通信的其它通信設備。使用這個方案，在一個DS-CD-MA中頻率和碼的有用性和可用性被顯著改善了。已不再需要將頻率和碼分配到通信系統(tǒng)中的各個通信設備。這些碼和這些頻率可被動態(tài)地更新，這將大大地改進這些碼和頻率的效率和再用性。還應指出，本發(fā)明的教導不需要控制站跟蹤各個碼和各個頻率。這是很重要的，因為產生一個自維護的系統(tǒng)而無固定的頻率和碼分配。除了碼的重用和有效的使用頻譜之外，這個系統(tǒng)的一個重要優(yōu)點是在一個高的用戶密度中系統(tǒng)由于附近的干擾而被完全擦掉或阻斷的概率減小了。
權利要求
1.一種用于重用可用的擴頻碼的碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)有一個控制擴頻碼和一個控制頻率，其特征在于包括一個第一通信設備，用于發(fā)送具有該控制頻率并由該控制擴頻碼擴頻的信號，該信號包括對一個最佳擴頻碼和一個最佳工作頻率的請求；一個第二通信設備，包括(1)用于接收該信號的接收機；(2)第一裝置，用于識別對于第二通信設備為最佳的第一工作頻率；(3)第二裝置，用于識別最適于第二通信設備的信號接收的最佳的第一擴頻碼；和(4)一個發(fā)射機，用于向第一通信設備發(fā)送第一擴頻碼和第一最佳工作頻率的識別；因而第一和第二通信設備使用第一工作頻率和第一擴頻碼通信。
2.根據權利要求1的通信系統(tǒng)，其中第一和第二通信設備包括直接序列碼分多址(DSCDMA)通信設備。
3.根據權利要求1的通信系統(tǒng)，其中用于識別最適于第二通信裝置的信號接收的多個擴頻碼。
4.根據權利要求3的通信系統(tǒng)，其中第一通信設備選擇多個擴頻碼中的一個擴頻碼與第二通信設備通信。
5.根據權利要求1的通信系統(tǒng)，其中發(fā)射機包括一個控制器，用于請求對第一通信設備為最佳的第二擴頻碼。
6.根據權利要求5的通信系統(tǒng)，其中第一通信設備包括用于識別對第一通信設備最佳的第二擴頻碼的裝置。
7.根據權利要求6的通信系統(tǒng)，其中第一通信設備包括用于識別對第一通信設備最佳的第二工作頻率的裝置。
8.根據權利要求7的通信系統(tǒng)，其中第一通信設備包括一個發(fā)射機，用于發(fā)送第二擴頻碼和第二工作頻率。
9.根據權利要求1的通信系統(tǒng)，其中第一通信設備包括用于周期地檢驗最佳碼并將它們傳送到第二通信設備的裝置。
10.根據權利要求1的通信系統(tǒng)，其中第一通信設備包括用于周期地檢驗最佳工作頻率并將它們傳送到第二通信設備的裝置。
11.在具有至少一個第一和一個第二通信設備的DS-CD-MA通信系統(tǒng)中，在具有最佳重用的擴頻碼和可用頻率的第一和第二通信設備之間提供通信的一種方法，包括步驟在第一通信設備中發(fā)送一個信號到第二通信設備，請求一個最佳擴頻碼和一個最佳工作頻率;在第二通信設備中接收該信號;識別對于第二通信設備最佳的第一工作頻率;識別對于第二通信設備最佳的第一擴頻碼;發(fā)送有關第一擴頻碼和第一工作頻率的信息;和使用第一擴頻碼和第一工作頻率與第一通信設備通信。
12.一種多信道CDMA通信設備，具有包括一個控制碼的多個碼，其特征在于包括一個接收機，用于在一條控制信道上接收一個信號并用通信單元的控制碼進行編碼，該信號包括對一個最佳擴頻碼和一個最佳工作頻率的一個請求;第一裝置，用于識別最佳工作頻率;第二裝置，用于識別最佳擴頻碼;一個發(fā)射，用于發(fā)送最佳工作頻率和有關最佳擴頻碼的信息;和該接收機包括用于接收在最佳工作頻率的信號并解碼以最佳擴頻碼擴頻的信號的裝置。
全文摘要
一種重用可用的擴頻碼的碼分多址通信系統(tǒng)包括第一和第二通信設備。第一和第二通信設備能夠識別對于它們各自的無線電設備最佳的擴頻碼和工作頻率。最佳擴頻碼和最佳頻率的頻率的識別從一個通信設備傳送到另一個通信設備，因此允許這兩個設備使用它們各自最佳碼和頻率互相通信。這些碼和頻率可周期地更新以提供碼的重用性。通過動態(tài)地更新碼和頻率而不使用中心站，CDMA系統(tǒng)中碼的效率和重用性大大地增強了。
文檔編號H04J13/02GK1100854SQ9410224
公開日1995年3月29日 申請日期1994年3月2日 優(yōu)先權日1993年3月3日
發(fā)明者特雷西·L·富爾吉昂, 愛德華·K·B·李, 吉米·W·卡迪 申請人:莫托羅拉公司