專(zhuān)利名稱(chēng)：擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中用于相干通信接收的方法和裝置的制作方法
本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為1994年10月4日，申請(qǐng)序號(hào)為08/317,501的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及使用擴(kuò)頻信號(hào)的通信系統(tǒng)，特別涉及一種擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中用于相干通信接收的方法和裝置。
通信系統(tǒng)采用了多種形式。一種類(lèi)型的通信系統(tǒng)是多址聯(lián)接擴(kuò)頻系統(tǒng)。在擴(kuò)頻系統(tǒng)中使用了一種這樣的調(diào)制技術(shù)，其中被發(fā)送信號(hào)在該通信信道內(nèi)在一個(gè)寬頻帶上擴(kuò)展。該頻帶比發(fā)送被發(fā)送的信息所需的最小帶寬寬得多。例如，話音信號(hào)可以通過(guò)幅度調(diào)制(AM)以?xún)H兩倍于該信息自身的帶寬被進(jìn)行發(fā)送。調(diào)制的其他形式，諸如低偏移頻率調(diào)制(FM)或單邊帶AM，也允許信息在與該信息自身的帶寬可比擬的帶寬內(nèi)進(jìn)行發(fā)送。然而，在擴(kuò)頻系統(tǒng)中，要被發(fā)送的信號(hào)經(jīng)常包括采用具有僅幾千赫帶寬的基帶信號(hào)(例如，一個(gè)話音信道)，且將該要發(fā)送的信號(hào)在可能是好多千赫寬的頻帶上分布。這是通過(guò)用被發(fā)送的信息和利用一個(gè)寬帶編碼信號(hào)調(diào)制該被發(fā)送的信號(hào)實(shí)現(xiàn)的。
現(xiàn)有三種一般類(lèi)型的擴(kuò)頻通信技術(shù)，亦即直接序列調(diào)制、跳頻和/或跳時(shí)調(diào)制以及線性調(diào)頻調(diào)制。在直接序列調(diào)制中，使用數(shù)字代碼序列調(diào)制載波信號(hào)，該數(shù)字代碼序列的比特率大大地高于該信息信號(hào)帶寬。
利用幾種方法可以將信息(即由話音和/或數(shù)據(jù)組成的消息信號(hào))裝入在直接序列擴(kuò)頻信號(hào)中。一種方法是在信息被用于擴(kuò)展調(diào)制之前將其加入到擴(kuò)展碼中。人們將會(huì)注意到，要發(fā)送的信息在將其加入到擴(kuò)展碼之前必須是以數(shù)字的形式，因?yàn)閿U(kuò)展碼和信息(二進(jìn)制碼)的組合典型地涉及模2加法運(yùn)算。另外，在對(duì)信息或消息信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展之前，它們可被用來(lái)調(diào)制載波。
這些直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可容易地被設(shè)計(jì)作為多址通信系統(tǒng)。例如，擴(kuò)頻系統(tǒng)可作為直接序列碼分多址(DS-CDMA)系統(tǒng)。在DS-CDMA系統(tǒng)中，兩個(gè)通信單元之間的通信是通過(guò)對(duì)具有獨(dú)特用戶擴(kuò)展碼的通信信道的頻帶上的每個(gè)被發(fā)送信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的。結(jié)果，被發(fā)送信號(hào)是處在該通信信道的同一頻帶中，并且僅通過(guò)獨(dú)特用戶擴(kuò)展碼來(lái)分開(kāi)。這些唯一用戶擴(kuò)展碼最好是彼此正交的，以便該擴(kuò)展碼之間的交叉相關(guān)近似為零。
通過(guò)對(duì)在通信信道中代表信號(hào)總和的信號(hào)解擴(kuò)可以從該通信信道中對(duì)特定的被發(fā)送信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)，該通信信道具有與將被恢復(fù)的該特定被發(fā)送信號(hào)相關(guān)的用戶擴(kuò)展碼。此外，當(dāng)用戶擴(kuò)展碼彼此正交時(shí)，該被恢復(fù)信號(hào)可以與一特定用戶擴(kuò)展碼相關(guān)，以便只有與該特定擴(kuò)展碼相關(guān)的所需用戶信號(hào)被增強(qiáng)，而所有其它用戶的其它信號(hào)不被增強(qiáng)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白，現(xiàn)有幾種不同的擴(kuò)展碼可被用于DS-CDMA通信系統(tǒng)中使數(shù)據(jù)信號(hào)彼此分開(kāi)。這些擴(kuò)展碼包括但不限于偽噪聲(PN)碼和沃爾什碼。沃爾什碼與哈德馬(Hadamard)矩陣的一個(gè)單一行或列相對(duì)應(yīng)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員還明白，擴(kuò)展碼可被用于信道碼數(shù)據(jù)信號(hào)。該數(shù)據(jù)信號(hào)被信道編碼，通過(guò)使被發(fā)送信號(hào)能更好地經(jīng)受住諸如噪聲、衰落和阻塞的各種信道損傷的影響來(lái)改進(jìn)通信系統(tǒng)的性能。典型地，信道編碼減小了誤碼的概率和/或減小了通常表示為每噪聲密度的差錯(cuò)比特(即，被定義為每信息比特能量與噪聲譜密度之比Eb/N0)的所需信噪比，以比其它發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)必須的帶寬擴(kuò)展更寬帶寬的代價(jià)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)。例如，沃爾什碼字可被用于在連續(xù)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)的調(diào)制之前對(duì)該數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行信道編碼。類(lèi)似地，PN擴(kuò)展碼可被用于對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行信道編碼。
然而，對(duì)于要求系統(tǒng)能夠處理一定數(shù)量的同步通信(都具有最小的信噪比)的某些通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)僅進(jìn)行信道編碼不可能提供所需的信噪比。在某些例子中，通過(guò)設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)相干地檢測(cè)被發(fā)送的信號(hào)，而不是使用非相干接收技術(shù)可以滿足這種設(shè)計(jì)限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白，相干接收機(jī)需要的信噪比(Eb/N0)要比具有相同誤碼率(即，表示可接受的干擾電平的特定設(shè)計(jì)限制)的非相干接收機(jī)所需的信噪比低。通常，對(duì)于瑞利衰落信道它們之間存在3dB的差。當(dāng)使用分集接收時(shí)，相干接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是更顯著的，因?yàn)閷?duì)于最佳相干接收機(jī)不存在合成損失，而對(duì)于非相干接收機(jī)則總是存在合成損失。
用于實(shí)施被發(fā)送信號(hào)的相干檢測(cè)的一種這樣的方法是使用引導(dǎo)信號(hào)。例如，在蜂窩通信系統(tǒng)中，如果基站發(fā)送一個(gè)引導(dǎo)信號(hào)，則前向信道或下行鏈路(即，從基站到移動(dòng)臺(tái))可被相干檢測(cè)。其后，所有移動(dòng)臺(tái)都使用該引導(dǎo)信道信號(hào)對(duì)信道相位和幅度參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。然而，對(duì)于反向信道或上行鏈路(即，從移動(dòng)臺(tái)到基站)來(lái)說(shuō)，使用這樣一種公共導(dǎo)頻信號(hào)是不靈活的。結(jié)果，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員經(jīng)常認(rèn)為只有非相干檢測(cè)技術(shù)適于上行鏈路通信。
需要相干上行鏈路信道的方案可在申請(qǐng)人為Fuyun Ling的美國(guó)專(zhuān)利5,329,547中找到，該專(zhuān)利聯(lián)同本申請(qǐng)一同轉(zhuǎn)讓給了摩托羅拉公司。該專(zhuān)利公開(kāi)了在擴(kuò)展和傳輸之前基準(zhǔn)比特引入到信息數(shù)據(jù)流中，和這些基準(zhǔn)取樣的隨后提取，以及在形成該信道響應(yīng)的估計(jì)中它們的應(yīng)用。該被估計(jì)的信道響應(yīng)依次被用于相干地檢測(cè)被估計(jì)的數(shù)據(jù)碼元。
雖然這個(gè)解決方案考慮了相干檢測(cè)，但其假設(shè)使用或多或少的標(biāo)準(zhǔn)同步和速率檢測(cè)技術(shù)。然而，上述技術(shù)并不使用公知的同步碼型，如果能夠利用該共知的同步碼型，則對(duì)可能被改進(jìn)的接收機(jī)性能具有額外的損傷。在這種問(wèn)題是頻偏、“粗”指(＂fat＂finger)衰落和π/4 QPSK(四相移相鍵控)同步。由于晶體振蕩器的不精確頻偏例如可由于發(fā)射機(jī)/接收機(jī)時(shí)鐘未被很好地鎖定造成，以及由于大的多普勒頻偏引起(諸如由于飛行器在開(kāi)放空間高速行駛所引起)。＂粗＂指是跨立在具有小于一片的差分時(shí)延的一個(gè)以上射線的解調(diào)電路的指；其中“粗”指發(fā)生時(shí)沒(méi)有某種補(bǔ)償形式，該指以較弱的射線為中心是可能的，在信號(hào)質(zhì)量方面具有隨之而來(lái)的質(zhì)量下降。此外，或者如果速率檢測(cè)僅對(duì)那些在所有語(yǔ)音速率之下總被占據(jù)的幀(即，在1/8速率語(yǔ)音編碼期間被附予能量的幀)加以限制，或在具有差錯(cuò)率確定的較大概率的所有幀上執(zhí)行該速率檢測(cè)，則最終使信號(hào)捕獲和信道估計(jì)兩者都變壞。因此仍然需要一種改進(jìn)的相干通信系統(tǒng)補(bǔ)償這些和其它的問(wèn)題。


圖1是表示按照本發(fā)明通信系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的框圖。
圖2說(shuō)明了供圖1所示通信系統(tǒng)所用的通信信道幀結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
圖3是表示在圖1中所示接收機(jī)中使用的接收機(jī)前端和取樣器的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的方框圖。
圖4是表示在圖1中所示接收機(jī)中使用的解調(diào)電路的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的方框圖。
圖5是表示在圖1中所示接收機(jī)中使用的解調(diào)電路的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的方框圖。
圖6是表示在圖1中所示接收機(jī)中使用的緩沖器和定時(shí)控制的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的方框圖。
圖7是表示在圖1中所示接收機(jī)中使用的功率估計(jì)器和定時(shí)控制電路的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的方框圖。
圖8說(shuō)明了在圖1中所示接收機(jī)中使用的具有不同速率的通信信道幀結(jié)構(gòu)。
圖9是表示在圖1中所示接收機(jī)中使用的速率估計(jì)和信道估計(jì)電路的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
圖10是說(shuō)明在圖1中所示接收機(jī)中的速率估計(jì)和信道估計(jì)的方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。
圖11說(shuō)明了當(dāng)使用圖10的速率估計(jì)方法時(shí)的被接收信號(hào)和被濾波的小段。
圖12是說(shuō)明圖1中所示接收機(jī)中各信道估計(jì)輸出之比較的一個(gè)曲線圖。
圖13是說(shuō)明圖1中所示接收機(jī)中各定時(shí)估計(jì)輸出之比較的一個(gè)曲線圖。
在下面的討論過(guò)程中，示出了上行鏈路DS-CDMA通信的一種改進(jìn)。該方法使用了具有基于信道估計(jì)的參考碼元的相干檢測(cè)，并且特別使用了改進(jìn)的定時(shí)，頻率和速率估計(jì)技術(shù)，以便對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行最佳地檢測(cè)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)清楚，其他類(lèi)型的通信系統(tǒng)(例如，個(gè)人通信系統(tǒng)、中繼系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和類(lèi)似的系統(tǒng))也可適合于和/或被設(shè)計(jì)使用這里所述的原理。業(yè)已表明，相應(yīng)于非相干檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)將相干檢測(cè)方法應(yīng)用到上行鏈路DS-CDMA通信中能夠獲得在信號(hào)質(zhì)量(Eb/N0)的顯著增加；下面所討論的改進(jìn)通過(guò)提高接收機(jī)的同步和信道估計(jì)提供了很大的性能增加。
為了執(zhí)行有效的相干檢測(cè)，必須獲得精確的信道估計(jì)。現(xiàn)在基本上有兩種類(lèi)型的信道估計(jì)方法基于數(shù)據(jù)的和基于基準(zhǔn)的?；跀?shù)據(jù)的信道估計(jì)可以按直接判決或非直接判決來(lái)實(shí)施。對(duì)于DS-CDMA上行鏈路通信，信道估計(jì)器必須以低信噪比工作，并且衰落是相對(duì)的快。結(jié)果，由于其高的判決差錯(cuò)率，直接判決方法是不適合的。另一方面，在信道估計(jì)中，非直接判決(諸如在1983年7月IEEETrans.on Info.Theory，Vol.IT-29，No.4，pp.543-551，中由A.J.Viterbi和A.M.Viterbi發(fā)表的，題目為“應(yīng)用于脈沖串?dāng)?shù)字傳輸?shù)腜SK調(diào)制載波相位的非線性估計(jì)”的文章中所描述的)總是存在相位模糊性，例如二相移相鍵控(BPSK)信令的180°模糊性，或四相移相鍵控(BPSK)信令的90°模糊性。結(jié)果，必須使用差分編碼以消除其影響。然而，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員已清楚的，在具有經(jīng)瑞利衰落信道傳輸?shù)牟罘志幋a信號(hào)的通信系統(tǒng)中，即使使用相干檢測(cè)，仍需要比非差分編碼的移相鍵控(PSK)信令高3dB的Eb/N0。
解決判決差錯(cuò)和相位模糊性問(wèn)題的方法之一是使用用于信道估計(jì)的基準(zhǔn)碼元?；诨鶞?zhǔn)碼元的信道估計(jì)描述如下。將到接收機(jī)已知的基準(zhǔn)碼元插入到一個(gè)承載數(shù)據(jù)比特的信息序列中，這些數(shù)據(jù)比特可以是編碼的碼元。在該接收機(jī)中，相應(yīng)于該基準(zhǔn)碼元的被接收信號(hào)取樣被用于產(chǎn)生信道估計(jì)。因?yàn)樵摶鶞?zhǔn)碼元對(duì)于相干直接序列擴(kuò)頻接收機(jī)是已知的，所以不會(huì)存在判決差錯(cuò)，并且產(chǎn)生的信道估計(jì)不具有相位模糊性。結(jié)果，就提供了一種具有非差分編碼信令的健全的通信系統(tǒng)。
被插入的基準(zhǔn)碼元能夠按分組組成或被統(tǒng)一地分配。對(duì)于一個(gè)平坦衰落信道，期望能周期和統(tǒng)一地在數(shù)據(jù)流中插入基準(zhǔn)碼元。對(duì)于具有用于前端處理的RAKE(瑞克)接收機(jī)的DS-CDMA上行鏈路，我們可以將每個(gè)RAKE“指”的輸出作為平坦衰落信號(hào)對(duì)待。這樣，該通信系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例將每M個(gè)編碼的數(shù)據(jù)碼元統(tǒng)一地插入一個(gè)基準(zhǔn)碼元。
RAKE接收機(jī)的基本工作在由R.Price and P.E.Green，Jr.發(fā)表的題為“多徑信道的通信技術(shù)”一文(見(jiàn)Proceedings of theIRE，March 1958，pages 555-570)中做了描述。簡(jiǎn)單地說(shuō)，RAKE接收機(jī)執(zhí)行一種被接收信號(hào)的多徑特征的連續(xù)的，詳細(xì)的測(cè)量。然后該知識(shí)被用于通過(guò)使用相關(guān)方法從每一路徑單獨(dú)地對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，和用代數(shù)方法將那些回波信號(hào)組合成單一的被檢測(cè)信號(hào)，來(lái)克服這種有選擇的衰落。
現(xiàn)在參考圖1，圖中示出了在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的一個(gè)用于相干通信的系統(tǒng)。為了更好地理解如下公開(kāi)的接收機(jī)的優(yōu)選實(shí)施例，首先將就與這樣一種接收機(jī)能最好一起使用的一種優(yōu)選發(fā)射機(jī)進(jìn)行描述。首先從該通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)101的編碼和交錯(cuò)部分104開(kāi)始，業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)比特以一特定比特速率(例如，9.6千比特/秒)輸入到一個(gè)編碼器。該業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)比特可以包括由聲碼器轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)的話音、純數(shù)據(jù)(包括視頻)這兩種數(shù)據(jù)的組合，等等。該編碼器利用一種使取樣為數(shù)據(jù)比特的接收數(shù)據(jù)的后續(xù)最大似然解碼簡(jiǎn)便的編碼算法(例如，卷積或分組編碼算法)。例如，該編碼器以1數(shù)據(jù)比特對(duì)3個(gè)編碼的數(shù)據(jù)比特(即，1/3)的固定編碼速率對(duì)輸入數(shù)據(jù)比特102(例如，以9.6K比特/s的速率接收的192輸入數(shù)據(jù)比特)進(jìn)行編碼，以便該編碼器輸出數(shù)據(jù)比特，例如，以28.8千比特/秒的速率輸出576數(shù)據(jù)比特。然后這些數(shù)據(jù)比特被輸入到一個(gè)交錯(cuò)器，它將該數(shù)據(jù)比特組成各個(gè)分組(即，幀)并分組交錯(cuò)該輸入數(shù)據(jù)比特。在該交錯(cuò)器中，數(shù)據(jù)比特被單獨(dú)地輸入到一個(gè)定義了一預(yù)定大小的數(shù)據(jù)比特分組的矩陣中。數(shù)據(jù)比特被輸入到該矩陣內(nèi)的各位置，以便該矩陣以逐列的方式填滿。該數(shù)據(jù)比特從該矩陣內(nèi)的位置單獨(dú)地輸出，以便該矩陣以逐行的方式變空。典型地，該矩陣是一個(gè)具有行數(shù)等于列數(shù)的方形矩陣；然而，也可以選擇其它類(lèi)型的矩陣，以增加在連續(xù)輸入的非交錯(cuò)的數(shù)據(jù)比特之間的輸出交錯(cuò)距離。交錯(cuò)的數(shù)據(jù)比特110由編碼器/交錯(cuò)器104以與數(shù)據(jù)比特被輸入到該交錯(cuò)器相同的數(shù)據(jù)比特速率(例如，28.8千比特/秒)輸出。由該矩陣限定的數(shù)據(jù)比特分組的預(yù)定大小從一預(yù)定長(zhǎng)度的傳輸分組內(nèi)能以一編碼比特速率發(fā)送的最大數(shù)據(jù)比特量得到。例如，如果數(shù)據(jù)比特以28.8千比特/秒的速率從編碼器輸出，且如果該傳輸分組的預(yù)定長(zhǎng)度是20毫秒，則該數(shù)據(jù)比特分組的預(yù)定大小是28.8千比特/秒乘以20毫秒，等于576數(shù)據(jù)比特，它們限定了一個(gè)18×32矩陣。
交錯(cuò)的數(shù)據(jù)比特110然后被輸入到一個(gè)基準(zhǔn)比特插入器112，它為每M個(gè)交錯(cuò)數(shù)據(jù)比特對(duì)110插入L個(gè)已知基準(zhǔn)比特對(duì)(由同步比特發(fā)生器111產(chǎn)生，該同步比特發(fā)生器111在所示情況下經(jīng)編碼器104從聲碼器接收速率信息)。為了簡(jiǎn)化下面的討論，將假設(shè)L＝1和M＝3(如圖2中所示)，組成一個(gè)四碼元組。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)清楚，L和M可以是任意值，而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，被插入的基準(zhǔn)比特將具有形成預(yù)定順序的各個(gè)值，根據(jù)該順序接收機(jī)能夠確定合適的速率信息。這樣，例如當(dāng)使用了16個(gè)每幀24碼元的功率控制組的一個(gè)IS-95狀的結(jié)構(gòu)，連同本發(fā)明的基準(zhǔn)比特結(jié)構(gòu)時(shí)(例如，每個(gè)功率控制組具有6個(gè)小組，每個(gè)小組1個(gè)基準(zhǔn)碼元(L＝1)和3個(gè)數(shù)據(jù)碼元(M＝3，這里M是基準(zhǔn)比特對(duì)之間的數(shù)據(jù)比特對(duì)的數(shù)量)，可以使用下面的順序1)對(duì)于全速率，插入基準(zhǔn)碼元(r0至r95，即16個(gè)功率控制組的所有碼元(每組6個(gè))值1+j(＝r0)；2)對(duì)于半速率，在第一和第九組中插入碼元＝r0，在第三、第五、第七、第十一、第十三和第十五組中偶數(shù)碼元＝r0，奇數(shù)碼元＝-r0，和所有剩下的碼元＝X(這里，X意味著“不注意”，因?yàn)檫@些組不被發(fā)送)；和3)對(duì)于1/8速率，在第一和第九組中插入偶數(shù)碼元＝r0，奇數(shù)碼元＝-r0，和所有剩下的碼元＝0。如果功率組位置的隨機(jī)化被利用，則在各賦能組的序列中對(duì)由所述隨機(jī)化選擇的那些組的映像可以容易地實(shí)現(xiàn)。(IS-95隨機(jī)化要求所用的可能的1/8速率組是可能的1/4速率組的一個(gè)子集，可能的1/4速率組是可能的半速率組的一個(gè)子集，諸如圖8中所示的)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白，可以使用不同的順序族，且如果額外的信息消息要發(fā)送，上述情況也可被擴(kuò)展。這樣，例如，如果一個(gè)另外的信息比特B(例如，一個(gè)功率控制比特，即在發(fā)送單元101接收的幀差錯(cuò)率)將被每幀發(fā)送時(shí)，則對(duì)于B＝0，可以使用第一基準(zhǔn)順序族(諸如上面所描述的)。如果B＝1，可以使用附加的順序1)對(duì)于全速率，在奇數(shù)(1，3...15)組中所有碼元＝r0，在偶數(shù)(2，4...16)組中所有碼元＝-r0；2)對(duì)于半速率，除了組3，7，11和15外，使用與全速率相同的順序，其中組基準(zhǔn)碼元碼型是rhalf＝{r0 r0 r0-r0-r0-r0}；3)對(duì)于1/4速率，組5和13被指定為碼型rhalf，而組1和9保持如前；和4)對(duì)于1/8速率，組1和9也被指定為碼型rhalf。雖然在全速率下當(dāng)前發(fā)送B的可能性維持高(為此目的，Pr{差錯(cuò)}＜10％是可以接受的)，但是由于上述順序在較低速率不保持在零交叉關(guān)系，所以對(duì)于較低速率，差錯(cuò)的概率是很高的。
當(dāng)L＝1和M＝3時(shí)，基準(zhǔn)比特插入器112輸出每分組(即，幀)768個(gè)編碼的基準(zhǔn)比特114，以便在每組6數(shù)據(jù)比特之間插入兩個(gè)基準(zhǔn)比特。由48比特構(gòu)成的準(zhǔn)備擴(kuò)展的編碼的基準(zhǔn)比特114的一個(gè)分組(即，幀)示于圖2中(其中每個(gè)d代表一個(gè)數(shù)據(jù)比特，每個(gè)r代表一個(gè)基準(zhǔn)比特)。
該編碼的基準(zhǔn)比特114被輸入到通信系統(tǒng)的一個(gè)調(diào)制部分116。該數(shù)據(jù)比特114被接收到一個(gè)緩沖器118，從該緩沖器118比特流的實(shí)部和虛部被連續(xù)地讀出，并分別經(jīng)乘法器120-121由一個(gè)沃爾什碼Wj和PN碼序列PNi擴(kuò)展。或者，不同的碼序列PNi和PNq可被用于實(shí)的和虛的分支。當(dāng)相同的PNi碼被用于實(shí)和虛的數(shù)據(jù)流兩者時(shí)，該沃爾什碼作為碼元或獨(dú)特用戶碼的用戶特定序列。該編碼的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)流以38。4千比特/秒的速率到達(dá)調(diào)制部分116。六個(gè)組的每個(gè)部分(即，3對(duì)(一對(duì)構(gòu)成1 QPSK碼元)數(shù)據(jù)比特，1對(duì)基準(zhǔn)比特×6組＝48比特)然后被擴(kuò)展，以便以一更高的固定碼元速率(例如，1228.8千碼元/秒，也稱(chēng)作1.2288兆片/秒)每輸入碼元輸出單一64碼元長(zhǎng)度的碼。本領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚，編碼的基準(zhǔn)比特114的數(shù)據(jù)流內(nèi)的基準(zhǔn)比特和數(shù)據(jù)比特可按照許多其他算法擴(kuò)展成一個(gè)更長(zhǎng)碼的序列，而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。
對(duì)于π/4 QPSK調(diào)制，然后該擴(kuò)展碼元流經(jīng)乘法器122被旋轉(zhuǎn)每片π/4；對(duì)于類(lèi)似QPSK的交變調(diào)制該步驟可刪除。然后該碼元流被FIR(無(wú)限脈沖響應(yīng))濾波以濾除低于一設(shè)定值的頻帶能量，和轉(zhuǎn)換成一模擬信號(hào)流，并且經(jīng)濾波器/DAC(數(shù)/模轉(zhuǎn)換器)124、125被進(jìn)一步低通濾波。在被轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)之后，來(lái)自?xún)蓴?shù)據(jù)流的信號(hào)被正交調(diào)制和經(jīng)乘法器126、127和求和器128求和；或者，經(jīng)直接數(shù)字合成可將該信號(hào)合成。最后，被調(diào)制的信號(hào)經(jīng)LPA(線性功率放大器)129放大提供給天線130，用于經(jīng)該通信信道131發(fā)送。
該通信系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施接收機(jī)135通過(guò)天線137經(jīng)通信信道131接收被發(fā)送的擴(kuò)頻信號(hào)。該被接收的基準(zhǔn)碼元編碼擴(kuò)頻信號(hào)被濾波和經(jīng)過(guò)模擬前端139下變換，和輸入到解調(diào)器電路140。天線136和解調(diào)器138被類(lèi)似地提供用于信號(hào)的空間分集接收。
隨后，該擴(kuò)頻信號(hào)由去擴(kuò)展器和取樣器146取樣成去擴(kuò)展取樣148。這些取樣148包括基準(zhǔn)和數(shù)據(jù)取樣，于是一個(gè)取樣提取器150被用來(lái)將該基準(zhǔn)取樣信息從該數(shù)據(jù)信號(hào)取樣中分離出來(lái)。該基準(zhǔn)取樣152被輸出到一個(gè)信道估計(jì)器154，而從解擴(kuò)取樣信號(hào)148中剩余的數(shù)據(jù)取樣158被輸出到一個(gè)相干檢測(cè)器160，用于后面根據(jù)該數(shù)據(jù)取樣158進(jìn)行的數(shù)據(jù)碼元的相干檢測(cè)。最后，該被檢測(cè)的數(shù)據(jù)碼元162-164在求和器180中與來(lái)自其它指或分集路徑的被檢測(cè)數(shù)據(jù)碼元求和，并輸出到該通信系統(tǒng)的解碼部分182。
解擴(kuò)器和取樣器146最好以一預(yù)定速率(例如，1.2288×8＝9.8304兆取樣/秒)對(duì)接收的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行取樣。其后，該取樣的信號(hào)被十中取一至1.2288兆取樣/秒，和通過(guò)使該被接收的取樣信號(hào)與擴(kuò)展碼相關(guān)進(jìn)行解擴(kuò)。生成的解擴(kuò)取樣信號(hào)以一預(yù)定速率取樣，并輸出到基準(zhǔn)取樣提取器150(例如，19.2千取樣/秒，以便該被接收擴(kuò)頻信號(hào)的64取樣的序列解擴(kuò)和/或由單獨(dú)的數(shù)據(jù)取樣所代表)。
基準(zhǔn)取樣提取器150最好從解擴(kuò)取樣信號(hào)148中提取基準(zhǔn)取樣152，并輸出該基準(zhǔn)取樣152到一個(gè)信道估計(jì)器154。來(lái)自解擴(kuò)取樣信號(hào)148的數(shù)據(jù)取樣158被輸出到一個(gè)相干檢測(cè)器160，用于以后數(shù)據(jù)碼元的相干檢測(cè)。
然而，如果信道檢測(cè)器154輸出僅與標(biāo)準(zhǔn)的同步方法一同使用，則會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。在這種情況中，被接收信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)速率可能是幾千赫，從而損壞信號(hào)捕獲。為了提供改進(jìn)的同步和捕獲，該基準(zhǔn)取樣152和數(shù)據(jù)取樣158還被輸入到一個(gè)同步裝置，最好是包括頻偏估計(jì)器172和定時(shí)控制器176。為了進(jìn)一步改進(jìn)同步和信道估計(jì)的質(zhì)量，一個(gè)速率估計(jì)器171確定從多路分解的基準(zhǔn)取樣151發(fā)送編碼數(shù)據(jù)的速率(例如，全、半和1/8速率)(在下面解釋)，并在每個(gè)接收幀的結(jié)束輸出速率估計(jì)173到頻偏估計(jì)器172和定時(shí)控制器176，以及信道估計(jì)器154。速率估計(jì)器的使用允許人們使用被賦能的幀的所有的時(shí)隙或功率控制組，而不僅僅是對(duì)所有速率賦能的時(shí)隙，以獲得其它估計(jì)。頻偏估計(jì)器172求出諸如由大的多普勒頻移或振蕩器的不精確導(dǎo)致的頻偏的估計(jì)，該估計(jì)驅(qū)動(dòng)一個(gè)頻率鎖定環(huán)發(fā)送一個(gè)控制信號(hào)177，以調(diào)整模擬前端139或取樣器/解擴(kuò)器146的本地振蕩器，數(shù)字相位校正器(旋轉(zhuǎn)器)或類(lèi)似電路的頻率。這使得殘留的頻偏被鎖定在小于50Hz，從而極大地改進(jìn)了信號(hào)的捕獲和檢測(cè)。附加性能增加由定時(shí)控制器176提供，定時(shí)控制器176獲取和組合基準(zhǔn)和數(shù)據(jù)信號(hào)152，158(它們可能是無(wú)偏差的)的功率估計(jì)，然后被差分和濾波并被輸入到一個(gè)延遲鎖相環(huán)控制定時(shí)，以便使指以平均射線到達(dá)時(shí)間為中心。通過(guò)比較多個(gè)定時(shí)分支的定時(shí)差輸出和選擇具有最大值的分支還實(shí)現(xiàn)了快速定時(shí)(即，典型地小于一片)校正，使得解調(diào)能夠跟蹤峰值功率。這種校正通過(guò)經(jīng)快速定時(shí)補(bǔ)償信號(hào)178控制門(mén)179實(shí)現(xiàn)。定時(shí)控制器176，頻偏估計(jì)器172，門(mén)179和它們的操作在下面結(jié)合圖3至7進(jìn)行了更詳細(xì)的描述。
最后，信道估計(jì)器154利用一個(gè)濾波器根據(jù)速率估計(jì)對(duì)所選定時(shí)分支的相位旋轉(zhuǎn)的，被提取的基準(zhǔn)取樣152進(jìn)行濾波，以獲得無(wú)偏的但是多噪聲的信道估計(jì)。為了獲得一個(gè)更好的信道估計(jì)156，這些噪聲估計(jì)可通過(guò)一個(gè)低通濾波器，該濾波器可是固定或是自適應(yīng)的，以便除去高頻噪聲部分。獲得的信道估計(jì)156是相對(duì)無(wú)噪聲的，能被用于相干檢測(cè)。應(yīng)該注意，該低通濾波僅給予我們每個(gè)(M+1)T的信道估計(jì)，其中M是由基準(zhǔn)比特插入器112插入的每個(gè)基準(zhǔn)比特對(duì)之間的數(shù)據(jù)比特對(duì)的數(shù)量(例如，M＝3)，T是每個(gè)數(shù)據(jù)比特對(duì)(即碼元，對(duì)于QPSK)的時(shí)間間隔。為了執(zhí)行發(fā)送的數(shù)據(jù)取樣的相干檢測(cè)，我們需要每個(gè)T的信道估計(jì)。當(dāng)(M+1)T相對(duì)于信道變化時(shí)間常數(shù)是短時(shí)，一個(gè)簡(jiǎn)單但有效的獲得每個(gè)T的信道估計(jì)的方法是在由(M+1)T分隔的兩信道估計(jì)之間執(zhí)行線性?xún)?nèi)插。然而，正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)清楚的，如果必要，可以使用更復(fù)雜的內(nèi)插技術(shù)。
在本優(yōu)選實(shí)施例相干通信系統(tǒng)中，可以采用功率控制來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)性能。功率控制算法與非相干通信系統(tǒng)中使用的算法非常類(lèi)似。優(yōu)選實(shí)施例的功率控制算法最好包括每1.25ms(即，每個(gè)時(shí)隙或功率控制組)或每6個(gè)基準(zhǔn)信息取樣，即每18個(gè)被編碼數(shù)據(jù)取樣或24個(gè)全部接收的信號(hào)取樣，對(duì)接收的功率進(jìn)行估計(jì)。該功率估計(jì)可通過(guò)幾種不同的技術(shù)進(jìn)行計(jì)算。一種技術(shù)是利用一個(gè)功率估計(jì)器146僅使用每24取樣長(zhǎng)度組中的6個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)取樣(即，來(lái)自基準(zhǔn)取樣提取器150的基準(zhǔn)取樣152)計(jì)算信道估計(jì)。然后，該信道估計(jì)的值的平方作為功率估計(jì)168由功率估計(jì)器166輸出。
在產(chǎn)生信道估計(jì)156之后，該接收機(jī)的其它工作是常規(guī)的。相干檢測(cè)器160使從解擴(kuò)取樣信號(hào)148中剩下的數(shù)據(jù)取樣158與信道估計(jì)156的共軛相乘，以產(chǎn)生相干檢測(cè)的碼元162。
正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)清楚的，可以分別使用多個(gè)接收機(jī)分支138、140和天線136、137實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的通過(guò)空間分集的接收。所有N個(gè)分集接收機(jī)分支可以基本相同的方式工作，以便從通信信道131中接收的擴(kuò)頻信號(hào)中恢復(fù)數(shù)據(jù)取樣，如同上述的接收機(jī)分支140一樣。該N個(gè)接收機(jī)分支的輸出162至164最好輸入到一個(gè)加法器180，它將該輸入數(shù)據(jù)碼元組合成相干檢測(cè)數(shù)據(jù)碼元181的一個(gè)復(fù)合流。
形成軟判決數(shù)據(jù)的單獨(dú)數(shù)據(jù)碼元然后被輸入到一個(gè)包括“去交錯(cuò)”器的解碼部分182，該“去交錯(cuò)”器以各自的數(shù)據(jù)級(jí)對(duì)輸入的軟判決數(shù)據(jù)(即，被檢測(cè)的數(shù)據(jù)碼元)181去交錯(cuò)。在“去交錯(cuò)”器中，軟判決數(shù)據(jù)181被單獨(dú)地輸入到一個(gè)矩陣，該矩陣限定了一個(gè)預(yù)定大小的軟判決數(shù)據(jù)分組。該軟判決數(shù)據(jù)被輸入到所述矩陣中的各位置，以便該矩陣以逐行的方式被填滿。該去交錯(cuò)的軟判決數(shù)據(jù)從該矩陣內(nèi)的位置單獨(dú)地輸出，以便該矩陣以逐列的方式變“空”。“去交錯(cuò)”的軟判決數(shù)據(jù)由去交錯(cuò)器以與數(shù)據(jù)被輸入的相同速率(例如，28.8K比特/s)輸出。由該矩陣限定的軟判決數(shù)據(jù)分組的預(yù)定大小根據(jù)在該預(yù)定長(zhǎng)度的傳輸分組內(nèi)接收的擴(kuò)頻信號(hào)從取樣數(shù)據(jù)取樣的最大速率中求得。
“去交錯(cuò)”的軟判決數(shù)據(jù)然后被輸入到一個(gè)解碼器，它使用最大似然解碼技術(shù)產(chǎn)生估計(jì)的業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)碼元185。通過(guò)使用基本與維特比解碼算法類(lèi)似的算法該最大似然解碼技術(shù)可被增大。該解碼器使用了一組單獨(dú)的軟判決數(shù)據(jù)形成一組在該最大似然序列估計(jì)解碼器的每個(gè)特定時(shí)間狀態(tài)使用的軟判決轉(zhuǎn)換度量。在該組中使用以形成每組軟判決轉(zhuǎn)換度量的軟判決數(shù)據(jù)的數(shù)量與根據(jù)每個(gè)輸入數(shù)據(jù)比特102產(chǎn)生的卷積編碼器104的輸出的數(shù)據(jù)比特對(duì)的數(shù)量相對(duì)應(yīng)。在每組中軟判決轉(zhuǎn)換度量的數(shù)量等于每組中軟判決數(shù)據(jù)的數(shù)量的二次冪。例如，當(dāng)在發(fā)射機(jī)101中使用了一個(gè)1/3卷積編碼器時(shí)，從每個(gè)輸入數(shù)據(jù)比特102產(chǎn)生3個(gè)數(shù)據(jù)比特。這樣，解碼器182使用了數(shù)組3個(gè)單獨(dú)的軟判決數(shù)據(jù)來(lái)形成8組在該最大似然序列估計(jì)解碼器的每個(gè)特定時(shí)間狀態(tài)使用的軟判決轉(zhuǎn)換度量。以與該軟判決數(shù)據(jù)被輸入到該解碼器的速率以及用于對(duì)輸入數(shù)據(jù)比特102原始編碼的固定速率產(chǎn)生被估計(jì)的數(shù)據(jù)碼元185(例如，如果以28.8千度量/秒輸入該軟判決數(shù)據(jù)和該原始編碼速率是1/3，則該被估計(jì)的數(shù)據(jù)碼元185以9600比特/秒的速率輸出)。雖然在確定每幀內(nèi)各時(shí)隙的占用中能夠使用該信息，但是在本優(yōu)選實(shí)施例中，該信息總是由在下面圖9中所述的速率估計(jì)器171提供。
現(xiàn)在參考圖3至7，圖中示出了接收機(jī)135的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的更詳細(xì)的描述。為了清楚起見(jiàn)，在一個(gè)以上圖中出現(xiàn)的相同的每個(gè)元件僅使用唯一的一個(gè)數(shù)字。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，所示的該實(shí)施例特別為π/4 QPSK(或QPSK，如果零旋轉(zhuǎn))調(diào)制信號(hào)所設(shè)計(jì)。然而，本發(fā)明并不限制在對(duì)QPSK信號(hào)接收的應(yīng)用中，而是可以應(yīng)用于任何能被相干接收的調(diào)制信號(hào)，包括但不限于OQPSK和BPSK(二相移相鍵控)信號(hào)。
圖3示出了接收機(jī)135的模擬部分。通過(guò)濾波器301就大約一個(gè)感興趣的頻帶對(duì)該擴(kuò)頻信號(hào)的IF(中頻，下變換的)版本進(jìn)行帶通濾波。被濾波的輸出由AGC(自動(dòng)增益控制)302進(jìn)行增益控制，然后由LO(本地振蕩器)305分成虛部(Im)和實(shí)部(Re)信號(hào)流。為了控制LO 305的頻偏，被估計(jì)頻偏的輸入經(jīng)輸入端“I”從頻率鎖定環(huán)濾波器456提供到LO 305。隨后，該Im和Re信號(hào)被低通濾波，然后通過(guò)取樣器310的A/D轉(zhuǎn)換器311和312數(shù)字化。該Im和Re數(shù)字化取樣流313和314被輸入到解調(diào)器140的每個(gè)指，以及輸入到AGC控制電路。該AGC控制電路是典型的設(shè)置在擴(kuò)頻接收機(jī)中的電路，被用于使該A/D 311和312的性能，以及整個(gè)接收機(jī)的性能最優(yōu)化。該控制電路工作，對(duì)數(shù)字化的IF取樣流求平方和求和，輸入合成信號(hào)給差動(dòng)放大器315，和對(duì)輸出求平均以產(chǎn)生AGC控制信號(hào)。
參考圖4至圖7，圖中進(jìn)一步示出了接收機(jī)135′的指之一的解調(diào)器部分。如果使用π/4 QPSK調(diào)制，則該Im和Re數(shù)字化取樣313和314經(jīng)乘法器/相位旋轉(zhuǎn)器420被反相旋轉(zhuǎn)π/4；這有利地允許該π/4信號(hào)能夠在基帶移動(dòng)而不是在RF(射頻)。上述取樣在緩沖器/定時(shí)控制裝置421中被接收，裝置421在圖6中被更詳細(xì)地示出。最好以8倍的1.288M片/秒的片速率對(duì)每個(gè)碼元進(jìn)行過(guò)取樣。于是，寄存器510和512將具有同一片取樣周期的8個(gè)連續(xù)取樣(即，擴(kuò)展碼元)，并能夠例如經(jīng)抽頭513至519被抽頭或編址。被編址的實(shí)際寄存器位置由一個(gè)定時(shí)分支輸入控制器520控制。在本優(yōu)選實(shí)施例中，經(jīng)控制器520連接三個(gè)不同的定時(shí)分支輸入引線422至424?？刂破?20響應(yīng)一定時(shí)控制信號(hào)177(“G”)對(duì)緩沖器510和512的編址進(jìn)行控制，以便使處于中間的“準(zhǔn)時(shí)”線422上的信號(hào)保持最佳。另兩條線423，424對(duì)應(yīng)該最是佳大約具有相同功率的碼元的或者是遲(即滯后的復(fù)制品)或者是早的取樣(即超前的復(fù)制品)進(jìn)行取樣。當(dāng)該取樣能量不是最大時(shí)，即當(dāng)在遲的和早的定時(shí)分支的功率之間存在差時(shí)，該控制器用來(lái)在讀取下一片(即，每1/1.2288μs)之前調(diào)整抽頭或引線地址一個(gè)取樣(即，一個(gè)緩沖寄存器)，直到中心抽頭514再次具有最大能量為止。在本優(yōu)選實(shí)施例中，如在圖7中所示和將在下面要討論的，所有這些是通過(guò)在遲的和早的定時(shí)分支功率估計(jì)之間的差分運(yùn)算實(shí)現(xiàn)的。
在緩沖器和控制器421之后，Im和Re取樣由解擴(kuò)器425解擴(kuò)。解擴(kuò)器425包括乘法器426和427，用于使該Im和Re取樣與PN和沃爾什碼序列(解擴(kuò)的信號(hào))相乘，于是使該接收的信號(hào)與該指定的擴(kuò)展碼相關(guān)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)明白，如果在發(fā)射機(jī)101中使用復(fù)擴(kuò)展序列擴(kuò)展基準(zhǔn)編碼的數(shù)據(jù)比特(在某些應(yīng)用中這將是基本的和可能是BPSK所需要的)，則在對(duì)該復(fù)數(shù)的接收的擴(kuò)展碼元的解擴(kuò)過(guò)程中應(yīng)該使用雙套乘法器。在每個(gè)定時(shí)分支中重復(fù)解擴(kuò)器425，以便形成早，遲和準(zhǔn)時(shí)解擴(kuò)信號(hào)(取樣)。在準(zhǔn)時(shí)分支中的結(jié)果信號(hào)在每個(gè)取樣周期期間由合成和速放電路428和429合成，以便輸出I(同相)和Q(正交)取樣431和432，它們與實(shí)和虛正交相位取樣Re和Im相對(duì)應(yīng)。
基準(zhǔn)取樣提取電路150的優(yōu)選實(shí)施例通過(guò)使I和Q取樣431和432與同步(I)(經(jīng)乘法器/相關(guān)器433和437)和同步(Q)(乘法器434和436)相乘，和經(jīng)加法器435和438對(duì)各自的I和Q分支求和進(jìn)行工作。該同步(I)和同步(Q)是已知基準(zhǔn)(同步)碼元的復(fù)共軛，例如，所有的-1s或1s，確切序列在速率估計(jì)之后知道，在該幀的末尾R是可用的。這種結(jié)構(gòu)的目的是從I和Q分量中獲得信道響應(yīng)的噪聲估計(jì)。由于DS-CDMA上行鏈路可以被看作是多平面衰落信道，對(duì)于每個(gè)平面衰落信道該接收的信號(hào)在解擴(kuò)之后可被表示如下r(n)＝h(n)a(n)+z(n) (1)其中r(n)是在n(或nT，這里T是所感興趣的信號(hào)，例如基準(zhǔn)取樣在解擴(kuò)之后出現(xiàn)的時(shí)間間隔)的接收取樣，a(n)是相應(yīng)的被發(fā)送碼元，h(n)是表征衰落信道的低通隨機(jī)復(fù)變量，而z(n)是添加的噪聲或干擾，其近似為白噪聲和高斯噪聲。因?yàn)閮H有被發(fā)送的基準(zhǔn)碼元aref(n)為已知，所以利用與被發(fā)送的基準(zhǔn)碼元相對(duì)應(yīng)的接收的I和Q取樣431和432做出信道估計(jì)。在這種情況下，該信道的噪聲估計(jì)系數(shù)可被表示為h^(n)=r(n)aref*(n)------(2)]]>在正交復(fù)數(shù)表示法中，它變?yōu)閔^I(n)+jh^Q(n)=(rI(n)+jrQ(n))(arefI(n)-jarefQ(n))----(3)]]>＝(rI(n)arefI(n)+rQ(n)arefQ(n))+j(rQ(n)arefI(n)-rI(n)arefQ(n)) (4)當(dāng)r(n)為接收的基準(zhǔn)取樣時(shí)，等式4的第一個(gè)成分等效于基準(zhǔn)取樣I分量輸出439，而等式4的第二個(gè)分量等效于基準(zhǔn)取樣Q分量輸出440，(它們一起等效于圖1的輸入152)。基準(zhǔn)取樣I和Q輸出439和440二者被饋送到信道估計(jì)器154，而I和Q數(shù)據(jù)取樣被饋送到相干檢測(cè)器160。
雖然，為了相干檢測(cè)的目的信道估計(jì)器154能夠利用基準(zhǔn)取樣I和Q輸出439和440確定信道的瞬時(shí)相位和幅度，但是具有易于產(chǎn)生頻移的問(wèn)題。相對(duì)穩(wěn)定的，大的頻移可能由諸如不精確的振蕩器產(chǎn)生，它會(huì)在發(fā)射機(jī)/接收機(jī)上產(chǎn)生非理想的時(shí)鐘，以及大的和穩(wěn)定的多普勒頻移。在普通通信系統(tǒng)中的這種偏移典型地是通過(guò)鎖相環(huán)(PLL)來(lái)進(jìn)行校正。然而，在本優(yōu)選實(shí)施例中由于信道估計(jì)器154能夠?qū)λ矔r(shí)相位進(jìn)行相當(dāng)精確地估計(jì)，所以可以使用頻率鎖定環(huán)(FLL)而不是PLL。
在本優(yōu)選實(shí)施例中，頻率偏移估計(jì)器172包括兩個(gè)部分，每一部分都把其估計(jì)建立在各自的數(shù)據(jù)(431和432)和基準(zhǔn)(439和440)輸出信號(hào)上。在后者的情況下，一個(gè)頻偏檢測(cè)器445包括兩個(gè)延遲器446和447，兩個(gè)乘法器448和449，和一個(gè)加法器450。檢測(cè)器工作使延遲的I成分信號(hào)439與Q成分信號(hào)440在乘法器448中相乘，和使延遲的Q成分信號(hào)440與I成分信號(hào)439在乘法器449中相乘。該檢測(cè)器的求和輸出可被表示為fesr=h^I(n-1)h^Q(n)-h^Q(n-1)h^I(n)----(5)]]>其中Fest是該頻偏的定標(biāo)估計(jì)。
也可以使用確定(數(shù)據(jù))被接收信號(hào)取樣431和432的信息對(duì)該頻偏進(jìn)行估計(jì)。因?yàn)椴⒉恢缹?shí)際被發(fā)送的數(shù)據(jù)比特，所以在相位估計(jì)中將具有90°(對(duì)于BPSK為180°)的相位模糊性。為了消除這種相位模糊性，在電路442中對(duì)每個(gè)接收的信號(hào)取樣執(zhí)行復(fù)數(shù)4次方運(yùn)算(對(duì)于BPSK則求平方)。被求4次方的取樣的實(shí)部(I)和虛部(Q)成分被送到一個(gè)與頻偏檢測(cè)器445相同的頻偏檢測(cè)器443，作為基準(zhǔn)樣值。在這種方式中，頻偏檢測(cè)器443也能產(chǎn)生該頻偏的定標(biāo)估計(jì)。
來(lái)自這兩個(gè)檢測(cè)器443和445的頻偏的定標(biāo)估計(jì)中的任何一個(gè)估計(jì)可用來(lái)驅(qū)動(dòng)頻率鎖定環(huán)。另一方面，它們可被組合形成一個(gè)更好的頻偏估計(jì)，它又可用于驅(qū)動(dòng)該頻率鎖定環(huán)。如果根據(jù)基準(zhǔn)取樣439及440和數(shù)據(jù)取樣431及432的頻率估計(jì)分別用fd和fr表示，則合成估計(jì)可按下式獲得fc＝wrfr+wdfd(6)其中wr和wd是兩個(gè)加權(quán)因子，選擇它們的值使被檢測(cè)的頻偏的平方值與其方差的比率最大。這些加權(quán)系數(shù)的最佳值是取樣信號(hào)與噪聲比的函數(shù)。熟練的技術(shù)人員將知道如何求得該信號(hào)與噪聲比。當(dāng)解擴(kuò)的取樣的信號(hào)與噪聲比為相對(duì)的高時(shí)，我們可簡(jiǎn)單地使wr＝wd。這些加權(quán)因子可被提供到檢測(cè)器443和445，經(jīng)乘法器451，452輸出，而該被加權(quán)的輸出經(jīng)加法器453求和。當(dāng)在接收機(jī)135中使用幾個(gè)RAKE指時(shí)，如本實(shí)施例所示的，所有指的頻偏檢測(cè)器的輸出可經(jīng)合并器454合并，產(chǎn)生一個(gè)定標(biāo)的總頻偏估計(jì)。這些輸出也可被加權(quán)，例如用一個(gè)低于一閾值的值抵制輸出，和/或使定標(biāo)的加權(quán)隨幅度增加。
該定標(biāo)的總頻偏估計(jì)經(jīng)門(mén)455(其功能在下面描述)被送到環(huán)路濾波器456。對(duì)于最簡(jiǎn)單的一階FLL，該環(huán)路濾波器可以由一個(gè)定標(biāo)常數(shù)和一個(gè)積分器組成。該一階FLL適于多種應(yīng)用；在環(huán)路濾波器中具有極點(diǎn)的高階FLL在某些特定情況下可能是有用的。FLL的設(shè)計(jì)和參數(shù)的選擇對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是公知的。(例如參見(jiàn)，F(xiàn).M.Gardner，＂Characteristics of Frequency-TrackingLoops，＂in Phase-Locked Loops(Editors W.C.Lindsey and C.M.Chie)，IEEE Press，New York，1986.)環(huán)路濾波器的輸出“I”457的電壓被用于通過(guò)將其饋送到LO 305對(duì)頻偏進(jìn)行校正。
還接收基準(zhǔn)取樣439、440和數(shù)據(jù)取樣431，432輸出的是功率估計(jì)器467，其優(yōu)選實(shí)施例在圖7中示出?；鶞?zhǔn)取樣輸出439、440由FIR 611濾波以進(jìn)一步除去噪聲。被濾波的輸出在電路612中取平方，平方的幅度產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)樣值(相干)信號(hào)功率估計(jì)。
雖然對(duì)于定時(shí)控制該相干信號(hào)功率估計(jì)可能是足夠的，但是也可通過(guò)根據(jù)數(shù)據(jù)取樣輸出431、432形成信號(hào)功率估計(jì)獲得改進(jìn)的控制。在本優(yōu)選實(shí)施例中，這些輸出431，432在電路615(它可以是一個(gè)復(fù)數(shù)功率估計(jì)器)中被復(fù)數(shù)倍增到4次方，然后對(duì)于每個(gè)基準(zhǔn)取樣間隔(即，在上述實(shí)施例中，每個(gè)基準(zhǔn)取樣3個(gè)數(shù)據(jù)樣值，即1.25ms/時(shí)隙÷(42樣值/時(shí)隙÷3對(duì)基準(zhǔn)樣值)≈89.3μs)由累加器616對(duì)其累加或求平均。該累加器輸出的幅度的平方根由電路617求出，該電路617提供非相干分支的信號(hào)功率估計(jì)。最后，兩信號(hào)功率估計(jì)被加權(quán)，例如通過(guò)使該功率估計(jì)對(duì)其方差之比最大化，和在合并器/加法器618中求和，以產(chǎn)生定時(shí)分支的功率估計(jì)。
定時(shí)分支602的估計(jì)，連同類(lèi)似的定時(shí)分支604和606的估計(jì)(對(duì)應(yīng)于上述結(jié)合圖6所描述的遲和早的定時(shí)分支)經(jīng)門(mén)468，624和626一起被送到定時(shí)控制單元176。(門(mén)468，624和626在下面連同速率估計(jì)器171一起進(jìn)行描述)。定時(shí)控制器176用于對(duì)定時(shí)偏移進(jìn)行補(bǔ)償，典型地是大約到每秒一片。
通過(guò)求兩個(gè)或多個(gè)定時(shí)分支的功率估計(jì)之差對(duì)定時(shí)偏移進(jìn)行補(bǔ)償。在該優(yōu)選的方法中，當(dāng)使用三個(gè)定時(shí)分支時(shí)，(“準(zhǔn)時(shí)”，“遲”和“早”分支602-602)，人們可方便地使用遲和早分支獲得具有取樣定時(shí)tn+τ和tn-τ的取樣的功率估計(jì)，其中tn是“準(zhǔn)時(shí)”取樣定時(shí)。由差分器確定的遲和早定時(shí)分支的估計(jì)之間的差指示校正定時(shí)的移動(dòng)方向。該差可被時(shí)間求平均，和如果該差平均為0，則該取樣定時(shí)是正確的，并且無(wú)需做出調(diào)整。如果被濾波的差為正或負(fù)，則延遲鎖定環(huán)濾波器634產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)177(“G”)，其使得控制器520(見(jiàn)圖6)根據(jù)在前的取樣定時(shí)，即，當(dāng)被設(shè)置了正確的取樣時(shí)間時(shí)，朝著+τ或-τ的方向?qū)θ佣〞r(shí)進(jìn)行調(diào)整。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚如何設(shè)定具有合適參數(shù)的延遲鎖定環(huán)濾波器634，它取決于諸如系統(tǒng)設(shè)計(jì)的其他因素。(例如參見(jiàn)，Simon et.al.，Spread SpectrumCommunication Vol.3，Computer Science Press，1985.)例如，相對(duì)于基站以150km/hr移動(dòng)的汽車(chē)補(bǔ)償?shù)臑V波器常數(shù)可能是大約6秒鐘(即，((299706km/秒(光速)÷(1228800片/秒))÷((150km/小時(shí))÷(3600秒/小時(shí)))＝5.8s/片)，它表示由于汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)，每5.8秒的一個(gè)全片時(shí)鐘的滑動(dòng)。所需的最大回轉(zhuǎn)速率可能是大約2至5倍的快，以便考慮很快的訓(xùn)練和初始誤確定。這種長(zhǎng)期定時(shí)補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果是使指以該長(zhǎng)期平均射線到達(dá)時(shí)間為中心。
短間隔定時(shí)也是需要的，以對(duì)諸如在彼此一片內(nèi)捕獲兩條獨(dú)立衰落的射線的＂粗指＂的情況進(jìn)行補(bǔ)償。一種用于快速定時(shí)調(diào)整的優(yōu)選方法是利用一個(gè)比較器636確定來(lái)自定時(shí)分支602、604或606的哪個(gè)選通功率估計(jì)具有最大值。可以選用一個(gè)短時(shí)間常數(shù)(例如小于1秒)低通濾波器(未示出)以減小在比較之前該選通功率估計(jì)的噪聲成分。比較器636輸出一個(gè)控制信號(hào)178(“F”)到選擇器即門(mén)179，取決于哪個(gè)具有最大估計(jì)功率，該門(mén)179在各定時(shí)分支數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)取樣輸出之間轉(zhuǎn)換。在圖4所示的情況中，選擇器179的門(mén)462和463被閉合到早定時(shí)分支的提取器輸出Kr和Kd，表明最大信號(hào)功率已被確定從緩沖器421的抽頭513接收。通過(guò)這種方式，確定在該瞬時(shí)具有指的最大功率的僅有一個(gè)定時(shí)分支輸出將被用于在該瞬時(shí)的指的信道估計(jì)和相干檢測(cè)。所期望的是一個(gè)窗口限制周期典型地被集中于由該長(zhǎng)期定時(shí)補(bǔ)償分支確定的值，并且這一限制典型地不大于約±0.5片。不再移動(dòng)是必須的，因?yàn)榈湫偷亓硪恢笇⒁驯恢付藭r(shí)間相鄰的能量。
在通信信號(hào)是TDM(時(shí)分復(fù)用)信號(hào)的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的增強(qiáng)。圖8示出了一個(gè)這樣的信號(hào)，它為一個(gè)20ms幀，每幀具有16個(gè)1.25ms時(shí)隙(例如，功率控制組)。當(dāng)小于全速率的信號(hào)正在被發(fā)送時(shí)，未用的時(shí)隙可被有利地選通或被屏蔽，以便減少噪聲和提供改進(jìn)的信道估計(jì)。由所需的速率決定是使用2，4，8或所有16個(gè)時(shí)隙；但是，除了全速率以外，取決于速率，所用的時(shí)隙可以幀與幀不同。此外，1/8速率的時(shí)隙組是1/4速率的時(shí)隙組的子組，而1/4速率的時(shí)隙組是1/2速率的時(shí)隙組的子組。這種按排在圖8中示出，其中陰影部分代表發(fā)送的能量。
圖4的合成和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路428和429被設(shè)定跨越1.25ms時(shí)隙間隔。速率估計(jì)器171接收基準(zhǔn)輸出(即，輸出439和440)。在沒(méi)有正被發(fā)送的實(shí)際速率信息時(shí)(經(jīng)上述的序列族)，人們?nèi)钥纱_定速率信息，即使效率不高。在這樣一種情況下，速率估計(jì)器171可以按如下設(shè)計(jì)，并如圖5中的可替換實(shí)施例所示。首先，速率估計(jì)器171還可以接收輸出431和432，以及來(lái)自其他指的類(lèi)似輸出，甚至可以從幀解碼器接收信息，和使用這些輸出確定哪些間隔可以合并，哪些必須被屏蔽。對(duì)于長(zhǎng)期定時(shí)補(bǔ)償，速率估計(jì)器171的占用(功率)估計(jì)可被延遲，直到做出幀解碼判決和其時(shí)隙占用決定。對(duì)于短間隔定時(shí)補(bǔ)償分支，可以更便利地通過(guò)測(cè)量一個(gè)時(shí)隙與另一時(shí)隙的功率差對(duì)時(shí)隙占用進(jìn)行估計(jì)。在進(jìn)行這種估計(jì)時(shí)，對(duì)具有最強(qiáng)的被接收信號(hào)的那些指的輸入進(jìn)行更大的加權(quán)是有幫助的。因?yàn)槊繋加兄辽賰蓚€(gè)被占用的時(shí)隙，所以通過(guò)將這兩個(gè)時(shí)隙中的功率與最初兩個(gè)的功率進(jìn)行比較能夠?qū)髢蓚€(gè)的占用進(jìn)行估計(jì)。對(duì)于較強(qiáng)功率的指，該估計(jì)將被更大地加權(quán)。一個(gè)可能的方法是僅利用來(lái)自最強(qiáng)的指的輸入(或者是兩個(gè)最強(qiáng)的平均，如果它們近似相等)做出速率判決。一種可選擇的方法是對(duì)全部的估計(jì)進(jìn)行功率求和。在此時(shí)刻，所期望的噪聲功率典型地是大于取樣功率；因此，通過(guò)對(duì)另兩個(gè)候選時(shí)隙的全部24個(gè)取樣取平均，在估計(jì)中實(shí)現(xiàn)了6。9dB的改進(jìn)，如果最強(qiáng)的指被用于定速估計(jì)，這應(yīng)該足以正確地估計(jì)多數(shù)時(shí)間的時(shí)隙占用。如果最初的判決是1/8速率幀正在被接收，則該方法最好繼續(xù)，以確保這是一個(gè)正確的判決。在這一方法中，另4個(gè)時(shí)隙將被取平均，并且如果足夠大，該1/8速率判決被改變。這可被繼續(xù)直到全速率間隔功率的檢查。
類(lèi)似的選通按排被用于頻率偏移估計(jì)器172。在這種情況下，頻率偏移檢測(cè)器443，445的輸出必須被加權(quán)和經(jīng)門(mén)455選通。當(dāng)頻率快速地改變時(shí)，更新必須是大約20ms數(shù)據(jù)幀數(shù)量級(jí)。因?yàn)樾诺拦烙?jì)器154能夠處理由于多普勒頻移引起的快速相位變化，所以頻率鎖定環(huán)的目的是對(duì)大的但相對(duì)穩(wěn)定的頻移的慢變化進(jìn)行補(bǔ)償，而不引入不可接受的附加噪聲。因而，頻率鎖定環(huán)執(zhí)行一種長(zhǎng)期平均控制，以調(diào)整頻偏和穩(wěn)定狀態(tài)的多普勒頻移(諸如在瑞利衰落信道中向著基站移動(dòng))。通過(guò)選通輸入到FLL濾波器456的信號(hào)，長(zhǎng)期控制能夠利用解碼器182的速率判決。
然而，目前用于速率估計(jì)的最佳方法利用了發(fā)送一族基準(zhǔn)碼元序列的能力，每個(gè)序列定義了一個(gè)不同的速率，因此也定義了時(shí)隙占用。這保證了更精確的速率估計(jì)，降低了復(fù)雜性以及避免了來(lái)自解碼器182的更舊或延遲信息的使用。
速率估計(jì)器171的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的操作進(jìn)一步在圖9至11中示出。圖9示出了一個(gè)邏輯框圖，圖10是圖4接收機(jī)中用于速率和信道估計(jì)的最佳方法的流程圖。當(dāng)噪聲，衰落的基準(zhǔn)取樣151被提取時(shí)，速率估計(jì)器171從去復(fù)用器430(它知道具有足夠精確性的解擴(kuò)取樣位置，用于從數(shù)據(jù)取樣中分離基準(zhǔn)取樣)接收它們(步驟802-804)。這些基準(zhǔn)取樣51在速率估計(jì)器171的緩沖器705中被緩沖直到該幀的所有碼元已被接收到為止(例如，以全速率的96個(gè)碼元)；到達(dá)定時(shí)控制器176，頻偏估計(jì)器172和信道估計(jì)器154的基準(zhǔn)碼元流被事先緩沖(例如，參見(jiàn)跟在去復(fù)用器430后面的緩沖器707，由此對(duì)未旋轉(zhuǎn)去復(fù)用的基準(zhǔn)取樣進(jìn)行緩沖，直到適當(dāng)?shù)男蛄凶迥鼙凰偷叫D(zhuǎn)器433，434，436和437為止)，以便延遲它們的處理直到一個(gè)速率估計(jì)被接收到為止。因?yàn)椴皇撬斜唤邮盏模⒋a元＂都將與被發(fā)送碼元相對(duì)應(yīng)(例如，在小于全速率的情況下，僅承載功率控制組的信息的包絡(luò)被接通，因此剩下的信息是噪聲)，所以速率估計(jì)器171在判決器706(在本實(shí)施例中，它由一個(gè)適當(dāng)編程的ASIC(應(yīng)用特定集成電路)或DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)實(shí)現(xiàn))中執(zhí)行被接收基準(zhǔn)碼元流的準(zhǔn)相干相關(guān)。準(zhǔn)相干相關(guān)的使用是因?yàn)樵谝粋€(gè)功率控制組的持續(xù)期間(即，在以100km/hr和900MHz的瑞利衰落信道中，信道相干不足4ms)信道是相干的。相對(duì)于每個(gè)可能的發(fā)送序列執(zhí)行所述的相關(guān)(步驟812)，例如，上述的全，半，1/4和1/8速率序列。最好使用部分內(nèi)積的平方和(用Mi表示)，并由一個(gè)因子Kj定標(biāo)，Mi可按照下式確定Mi=Σg=116|Σj=16rnsn,i*|2----(7)]]>其中rn是被接收的基準(zhǔn)碼元，而sn，i是分別由{s0}，{s1}，{s2}，{s3}表示的對(duì)應(yīng)于全速率至1/8速率的可能的序列之一。在16個(gè)功率控制組的每一組中都具有6個(gè)基準(zhǔn)碼元，因此相干相關(guān)在每個(gè)功率控制組的整個(gè)時(shí)間跨越期間實(shí)現(xiàn)。每組的部分相關(guān)結(jié)果被平方，并且整個(gè)16組的平方的和被確定。這由因子Ki＝1，2，4或8定標(biāo)，對(duì)于i＝1，2或3。該最大的定標(biāo)結(jié)果的索引被作為速率估計(jì)173，或R輸出。在另一種方法中，該基準(zhǔn)序列可被擴(kuò)展包括來(lái)自發(fā)送用戶其他的例如功率控制的信息。例如，對(duì)于全，半和1/8速率的發(fā)送，增加1比特的功率控制信息，使用6個(gè)序列{si}，i＝0，...，5。
這種速率估計(jì)的方法不很復(fù)雜，并且在全速率比建議的用于IS-95上行鏈路通信的技術(shù)要精確，其可能已經(jīng)應(yīng)用于這里描述的IS-95型無(wú)線電設(shè)備中。在所建議的IS-95技術(shù)中，速率判決是通過(guò)使一個(gè)256狀態(tài)維特比解碼器運(yùn)行4次來(lái)進(jìn)行的，每個(gè)可能的速率都運(yùn)行一次。然后檢查該4個(gè)解碼流的每一個(gè)的奇偶校驗(yàn)字(CRC，或，循環(huán)冗余校驗(yàn)，或其它幀質(zhì)量指示符)，察看哪個(gè)指示了最可能的(即，無(wú)差錯(cuò)的)速率。正如熟練的技術(shù)人員所清楚的，這樣一種建議的方法比本發(fā)明的方案在計(jì)算上來(lái)得復(fù)雜且精確性不高。模擬表明，對(duì)應(yīng)于小于0.1％的基于速率檢測(cè)器的基準(zhǔn)碼元的差錯(cuò)率，基于速率檢測(cè)器或窮舉解碼器方法的能力誤將全速率幀識(shí)別為次速率的概率約為0.3至0.5％。
一個(gè)速率估計(jì)171的確定后，它被輸入到信道估計(jì)器154，頻移估計(jì)器172和定時(shí)控制器176的每一個(gè)(步驟814-818)。速率估計(jì)171被用于選擇在提取器150中使用的基準(zhǔn)解調(diào)序列(圖4的同步(I)和同步(Q)，等效于圖9的框171的{sR}，也等效于等式2的aref(n))，以便旋轉(zhuǎn)來(lái)自DEMUX 430的去復(fù)用基準(zhǔn)碼元。在速率估計(jì)成為可用和對(duì)旋轉(zhuǎn)器輸入及信道估計(jì)器濾波器進(jìn)行選擇之后，該旋轉(zhuǎn)器和濾波器操作可同時(shí)進(jìn)行。就是說(shuō)，當(dāng)每個(gè)旋轉(zhuǎn)器取樣成為可用時(shí)，則對(duì)一個(gè)信道估計(jì)濾波器輸出進(jìn)行計(jì)算。該速率估計(jì)171被用于控制濾波器的選擇，以根據(jù)在信道估計(jì)器154中的旋轉(zhuǎn)器輸出進(jìn)行工作。在該速率估計(jì)為R＝0(即，全速率)時(shí)，幀的所有碼元被輸入到一個(gè)全速率濾波器711。這些進(jìn)一步在圖11中由信號(hào)905示出，圖中僅示出了來(lái)自信號(hào)流902的那些基準(zhǔn)碼元905，它們是處在由濾波器711工作的幀周期906中。全速率濾波器輸出172然后從信道估計(jì)器154輸出作為信道估計(jì)156。當(dāng)該信道估計(jì)不為R＝0(例如，1，2或3)時(shí)，該基準(zhǔn)碼元152被饋送到濾波器714，然后輸出715作為信道估計(jì)156。濾波器714的輸入(圖11中所示)被限制為處于賦能功率控制組周期904之內(nèi)的那些基準(zhǔn)碼元903。雖然僅示出了兩個(gè)濾波器，但熟練的技術(shù)人員將會(huì)清楚，可使用不同的濾波器(或算法)用于每個(gè)速率估計(jì)173。例如，以半速率，一些2和3個(gè)連續(xù)賦能功率控制組的分組將在隨機(jī)化中出現(xiàn)。在這種情況中，一個(gè)良好的信道估計(jì)濾波器在產(chǎn)生該幀中一個(gè)給定組的信道估計(jì)中將給予相鄰賦能組一些非零加權(quán)。還應(yīng)該清楚，整個(gè)濾波功能是非線性的，因?yàn)榛鶞?zhǔn)碼元本身就決定著該濾波器傳輸函數(shù)。
信道估計(jì)器濾波器711、714用于從接收的噪聲，衰落基準(zhǔn)碼元流的至少一部分中構(gòu)成一個(gè)信道估計(jì)156。在幀的持續(xù)期間信道變化很大，因此信道估計(jì)被分別計(jì)算；一個(gè)信道估計(jì)序列在156出現(xiàn)。例如，可以對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)，以便被接收幀的每功率控制組段具有一個(gè)輸出，即每幀16個(gè)估計(jì)。這些信道估計(jì)由檢測(cè)器160使用，以便在整個(gè)幀的跨度期間將所有接收數(shù)據(jù)碼元158相位調(diào)整到0相位基準(zhǔn)(步驟820)。以這種方式，在維特比解碼器182中在接近任選解碼之前，它們可被有效地與來(lái)自其它天線或信道延遲的相同序列的畸變拷貝相組合。正像如果其輸入在幀長(zhǎng)度期間是相干的，則解碼器182性能會(huì)更好一樣，該信道估計(jì)濾波器711或714會(huì)產(chǎn)生更好的信道估計(jì)，如果其輸入在整個(gè)所考慮的跨度期間是相干的話。例如，考慮一個(gè)被接收的為全速率的幀，平均的信息能量出現(xiàn)在所有16個(gè)功率控制組中。如果信道估計(jì)濾波器711或714工作在粗略等于該信道相干時(shí)間Tc的噪聲，衰落取樣的時(shí)間間隔Tf上，則它將減少在其大部分輸出中的噪聲(產(chǎn)生高的信噪比估計(jì))。在某種意義上說(shuō)，信道估計(jì)器154是“平滑”思想的一種應(yīng)用，而不是＂濾波＂。估計(jì)器154是在時(shí)刻t0對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)，并有效地利用了從t＝-∞到t＝+∞的測(cè)量數(shù)據(jù)。對(duì)于100km/hr和900MHz的情況，Tc是大約4ms，即3個(gè)功率控制組(按每功率控制組1.25ms)。Tc與汽車(chē)速度成反比地變化。如果Tf約等于Tc，則該估計(jì)的信噪比將是最高的(如果衰落和噪聲過(guò)程統(tǒng)計(jì)已知，該濾波器的確切形狀可容易地由Weiner濾波器理論導(dǎo)出)；該濾波器應(yīng)該在3個(gè)功率控制組期間工作。
關(guān)于后一點(diǎn)是很重要的。如果濾波器711或714總是工作在3個(gè)功率控制期間，它將根據(jù)次速率提供一個(gè)次最佳的信道估計(jì)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)未賦能功率控制組純?cè)肼晫⒈灰氲皆摓V波器中。可供選擇的，運(yùn)行為次速率設(shè)計(jì)的濾波器的現(xiàn)有方法是次最佳的，當(dāng)其證明該接收幀是全速率時(shí)(次最佳的，因?yàn)門(mén)f＞＞Tc)。本發(fā)明通過(guò)在進(jìn)行信道估計(jì)之前以高精度對(duì)語(yǔ)音速率進(jìn)行估計(jì)解決了這一問(wèn)題。這允許對(duì)當(dāng)前幀實(shí)施合適的濾波器711或714，以在全速率情況下產(chǎn)生最佳的信道估計(jì)，和在次速率情況下產(chǎn)生良好的估計(jì)，在一個(gè)可替換實(shí)施例中，其中濾波器的數(shù)量被擴(kuò)大，各種次速率情況中的每一種情況(例如、半、1/2和1/8速率的情況)都得到最佳的濾波。
與信道估計(jì)器154類(lèi)似，速率估計(jì)173由定時(shí)控制176使用，以便由頻移估計(jì)器172對(duì)賦能的功率控制組進(jìn)行濾波，屏蔽非賦能組(步驟814-816)。由于進(jìn)行了適當(dāng)?shù)臑V波，定時(shí)控制器176計(jì)算定時(shí)測(cè)量值(即，差)和如上所述根據(jù)賦能組對(duì)抽頭進(jìn)行調(diào)整(步驟808)。步驟806說(shuō)明了一種方法，按照該方法，使用噪聲基準(zhǔn)比特計(jì)算的準(zhǔn)時(shí)分支的能量估計(jì)可每功率控制組被計(jì)算一次，以設(shè)定或清除下行鏈路功率控制比特(即，通知汽車(chē)是否其功率太高或太低)。此外，可以使用速率信息是多噪聲取樣，指示哪些時(shí)隙未被占用，例如，到達(dá)維特比解碼器182的信息以便由一信噪比估計(jì)器在對(duì)在次速率幀期間到達(dá)解碼器182的輸入定標(biāo)過(guò)程中使用。
圖12和13示出了通過(guò)速率估計(jì)信息所獲得的一些好處。圖12示出了來(lái)自信道估計(jì)器154的實(shí)際輸出，其中輸入到濾波器的輸入信號(hào)910的信噪比(SNR)是-0.5dB。其中Tf＞＞Tc的次速率濾波器714利用計(jì)算的輸出SNR＝8.0dB產(chǎn)生一個(gè)信道估計(jì)916。另一方面，其中Tf＝Tc的全速率濾波器利用計(jì)算的10.9dB的SNR產(chǎn)生同改進(jìn)的信道估計(jì)914。
在定時(shí)估計(jì)的情況下，圖13示出了如果速率信息可用，如何在全速率幀期間能夠很好地對(duì)定時(shí)差錯(cuò)進(jìn)行跟蹤。由于使用本發(fā)明，在必要時(shí)(即，對(duì)于1/8速率)，當(dāng)所有16組被賦能且僅使用其中2個(gè)時(shí)，我們會(huì)使用所有16組。在圖13中，真信道定時(shí)920被模擬按正弦方式擺動(dòng)，到達(dá)平均值為0的1/2片周期結(jié)束的峰值。定時(shí)電路跟蹤由曲線924示出。凈誤差由第三條線926示出。在逝去時(shí)間的10和10.2秒之間，所顯示的誤差增加到0.2片周期的時(shí)間。在這一時(shí)間期間，幾乎所有的接收幀都是次速率的，且定時(shí)更新出現(xiàn)的慢。在大約10.38秒處，全速率的一個(gè)脈沖串開(kāi)始被接收。速率估計(jì)器171檢測(cè)幀目前是全速率和允許該定時(shí)電路對(duì)所有接收的碼元起作用。這導(dǎo)致快速和正確的定時(shí)校正，使定時(shí)誤差返回到近似為0。
雖然對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述并進(jìn)行了某種程度的說(shuō)明，但應(yīng)該明白，僅通過(guò)舉例的方式對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)在設(shè)置和部件組合以及步驟方面進(jìn)行選擇，而不脫離所限定的發(fā)明。例如，如上所述的優(yōu)選實(shí)施例通信系統(tǒng)的調(diào)制器，天線和解調(diào)器部分針對(duì)經(jīng)無(wú)線通信信道發(fā)送的CDMA擴(kuò)頻信號(hào)。然而，正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所清楚的，這里所描述和限定的編碼和解碼技術(shù)也可適用于諸如基于時(shí)分多址(TDMA)和頻分多址(FDMA)等其他類(lèi)型的傳輸系統(tǒng)。此外，通信信道也可變?yōu)殡娮訑?shù)據(jù)總線、無(wú)線、光纖鏈路、衛(wèi)星鏈路或任何其他類(lèi)型的通信信道。這樣，雖然結(jié)合特定實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但顯然，根據(jù)上面的描述做出各種改變、改進(jìn)和變異是可能的，這對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明是要在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)包括所有上述的改進(jìn)和改變。
權(quán)利要求
1.一種利用接收機(jī)進(jìn)行相干擴(kuò)頻接收的方法，所述接收機(jī)包括用于使接收的擴(kuò)頻信號(hào)數(shù)字化的取樣器，和跟在該取樣器之后的解擴(kuò)器，用于將接收的擴(kuò)頻信號(hào)解擴(kuò)成數(shù)據(jù)信號(hào)，其特征在于，所述方法包括下列步驟(A)從該數(shù)據(jù)信號(hào)中提取基準(zhǔn)取樣信息；和(B)利用一個(gè)速率估計(jì)器估計(jì)第一幀的哪個(gè)時(shí)隙由所述基準(zhǔn)取樣信息占用，和輸出一個(gè)速率估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括(C)通過(guò)使該基準(zhǔn)取樣信息與由所述速率估計(jì)確定的一個(gè)已知序列相關(guān)確定一個(gè)信道估計(jì)，和輸出一個(gè)信道估計(jì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括(C)利用多個(gè)濾波器中的一個(gè)預(yù)定濾波器根據(jù)所述速率估計(jì)對(duì)該基準(zhǔn)取樣信息進(jìn)行濾波確定一個(gè)信道估計(jì)，和輸出一個(gè)信道估計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括(C)根據(jù)所述速率估計(jì)對(duì)組成被接收擴(kuò)頻信號(hào)的相位和頻率的組之一進(jìn)行頻偏調(diào)整。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括(C)根據(jù)該速率估計(jì)和至少數(shù)據(jù)信號(hào)與基準(zhǔn)取樣信息之一調(diào)整被接收擴(kuò)頻信號(hào)的定時(shí)。
6.一種相干擴(kuò)頻接收機(jī)，包括用于使接收的擴(kuò)頻信號(hào)數(shù)字化的取樣器，和跟在該取樣器之后的解擴(kuò)器，用于將接收的擴(kuò)頻信號(hào)解擴(kuò)成數(shù)據(jù)信號(hào)，其特征在于，所述接收機(jī)包括(A)與解擴(kuò)器連接的提取裝置，用于從該數(shù)據(jù)信號(hào)中提取基準(zhǔn)取樣信息；和(B)與提取裝置連接的速率估計(jì)器裝置，用于估計(jì)第一幀的哪個(gè)時(shí)隙由所述基準(zhǔn)取樣信息占用，和輸出一個(gè)速率估計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的接收機(jī)，其特征在于，所述基準(zhǔn)取樣信息是復(fù)數(shù)基準(zhǔn)取樣，且該速率估計(jì)器裝置包括一個(gè)緩沖器和一個(gè)速率確定裝置，所述緩沖器用于存儲(chǔ)第一幀的所有基準(zhǔn)取樣和以一幀一幀為基礎(chǔ)輸出該存儲(chǔ)的基準(zhǔn)取樣，所述速率確定裝置用于確定哪個(gè)時(shí)隙被占用。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的接收機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包括(C)與該提取裝置和速率估計(jì)器裝置連接的信道估計(jì)器裝置，用于通過(guò)使該基準(zhǔn)取樣信息與由所述速率估計(jì)確定的一個(gè)已知序列相關(guān)確定一個(gè)信道估計(jì)，和輸出一個(gè)信道估計(jì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的接收機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包括(C)與該提取裝置和速率估計(jì)器裝置連接用于確定信道估計(jì)的信道估計(jì)器裝置，該信道估計(jì)器裝置包括多個(gè)濾波器裝置，用于利用多個(gè)濾波器中的一預(yù)定濾波器根據(jù)所述速率估計(jì)對(duì)該基準(zhǔn)取樣信息進(jìn)行濾波確定一個(gè)信道估計(jì)，和輸出一個(gè)信道估計(jì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的接收機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包括(C)與該提取裝置和速率估計(jì)器裝置連接的頻移裝置，用于根據(jù)所述速率估計(jì)對(duì)組成被接收擴(kuò)頻信號(hào)的相位和頻率之一進(jìn)行頻偏調(diào)整。
11.根據(jù)權(quán)利要求6的接收機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包括(C)與該提取裝置和速率估計(jì)器裝置連接的定時(shí)控制裝置，用于根據(jù)該速率估計(jì)和至少數(shù)據(jù)信號(hào)與基準(zhǔn)取樣信息之一調(diào)整被接收擴(kuò)頻信號(hào)的定時(shí)。
全文摘要
便于相干通信接收的方法和裝置利用擴(kuò)展碼對(duì)編碼的擴(kuò)頻通信信號(hào)的被接收基準(zhǔn)碼元解擴(kuò)，以獲取一個(gè)基準(zhǔn)取樣流(152)和一個(gè)數(shù)據(jù)取樣流(158)。利用該基準(zhǔn)取樣流(152)對(duì)信道響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)。一個(gè)頻移檢測(cè)器(443)通過(guò)頻率鎖定環(huán)(456)確定將被施加于被接收信號(hào)的偏移，而一個(gè)定時(shí)控制器(176)根據(jù)從基準(zhǔn)取樣流(152)和/或數(shù)據(jù)取樣流(158)得出的功率估計(jì)對(duì)慢定時(shí)漂移和快速衰落進(jìn)行補(bǔ)償。一個(gè)速率估計(jì)器確定信息被編碼的速率，該速率信息被用于使定時(shí)控制器(176)，頻移檢測(cè)器(443)和信道估計(jì)器(154)最佳化。這樣，就提供了一種來(lái)自接收的數(shù)據(jù)取樣流(158)的被估計(jì)數(shù)據(jù)碼元的改進(jìn)檢測(cè)。
文檔編號(hào)H04B1/707GK1136378SQ95190990
公開(kāi)日1996年11月20日 申請(qǐng)日期1995年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月4日
發(fā)明者傅運(yùn)齡, 托馬斯·A·塞克斯通, 吉那·布魯克特 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司