專利名稱：用于碼元定時(shí)跟蹤的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及數(shù)字通信領(lǐng)域，特別涉及一種用于碼元定時(shí)跟蹤的方法和裝置。
在數(shù)字通信系統(tǒng)中，載波頻率是按時(shí)間分割的，每一分割表示一種碼元。發(fā)射機(jī)根據(jù)需要發(fā)送的輸入數(shù)據(jù)選用某一碼元對(duì)每一分割進(jìn)行調(diào)制。一種數(shù)字調(diào)制方式是相移鍵控(PSK)。PSK通過改變載波的相位來編碼0或1。例如，如果要發(fā)送0，分割開始時(shí)載波的相位是0度，如果要發(fā)送1，相位就是180度。接收機(jī)需要知道碼元可能在何時(shí)發(fā)生變化以便判決發(fā)送的是什么碼元。
一般而言，數(shù)字通信系統(tǒng)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)射機(jī)要發(fā)送一種稱為同步模式的已知模式的碼元。這種同步碼使接收機(jī)的鎖相環(huán)能夠與發(fā)射機(jī)的載波相位鎖定。一旦鎖相環(huán)的相位鎖定后，它可用來判決碼元變化的位置以及何時(shí)對(duì)碼元抽樣。對(duì)接收機(jī)來說，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻抽樣對(duì)于減少比特誤碼率是很關(guān)鍵的。這種系統(tǒng)在所發(fā)送的數(shù)據(jù)流比同步模式要長(zhǎng)很多的情況下能很好地工作。但是，在現(xiàn)代時(shí)分多址接入(TDMA)方法中，每一載波被分為多個(gè)時(shí)隙，通過允許多個(gè)用戶接入同一載波以便更有效地利用可用的頻譜。該時(shí)隙很短，使得傳送話音通信時(shí)不會(huì)有任何可以感覺到的時(shí)延。如果采用同步模式使鎖相環(huán)能夠跟蹤載波的相位，它需要大量的時(shí)隙時(shí)間，這樣在每個(gè)時(shí)隙中留給數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間就非常有限。這就達(dá)不到采用TDMA的總體目標(biāo)。
上述問題的一種解決方案是對(duì)接收到的信號(hào)異步抽樣，抽樣速率足夠高使每一個(gè)碼元有多個(gè)樣值。這樣就不再需要同步模式。延遲一個(gè)碼元的抽樣點(diǎn)減去每一個(gè)抽樣點(diǎn)得到差分相位樣值。對(duì)采用PSK調(diào)制的通信系統(tǒng)，其差分相位要么是0度，要么是180度。噪聲和碼元內(nèi)的干擾會(huì)產(chǎn)生相對(duì)于理想相位的偏移。在有效的時(shí)隙上將每個(gè)可能樣值點(diǎn)的偏移相加，就可以判定哪個(gè)樣值具有最小的偏移。這個(gè)抽樣點(diǎn)就被選中用于抽樣碼元。但是，如果接收機(jī)或發(fā)射機(jī)的時(shí)鐘定時(shí)關(guān)閉，就將顯示一個(gè)不能使用上述方案校正的漂移。這會(huì)在時(shí)隙的開始和結(jié)束部分產(chǎn)生很多誤碼。
于是需要有一種方法和裝置，它不需要同步模式并能對(duì)接收機(jī)或發(fā)射機(jī)的時(shí)鐘漂移進(jìn)行調(diào)整。


圖1是一種碼元定時(shí)跟蹤裝置的方框圖；圖2是碼元定時(shí)跟蹤裝置另一實(shí)施方式的方框圖；圖3是碼元定時(shí)跟蹤裝置另一實(shí)施方式的方框圖；圖4是碼元定時(shí)跟蹤方法的流程圖；圖5是碼元定時(shí)跟蹤另一方法的流程圖；以及圖6是數(shù)字接收機(jī)的方框圖。
總的來說，本發(fā)明提供了利用反饋機(jī)制實(shí)現(xiàn)碼元定時(shí)跟蹤的裝置和方法。本發(fā)明允許接收機(jī)能夠在接收到碼元時(shí)跟蹤碼元的定時(shí)使之能可靠地被譯碼。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，該裝置在接收到一個(gè)碼元時(shí)取得碼元的八個(gè)樣值，并產(chǎn)生一個(gè)指示碼元最佳抽樣點(diǎn)的抽樣指示。抽樣指示將與一個(gè)預(yù)定的范圍比較。如果最佳樣值接近八個(gè)樣值的中心，那么就實(shí)現(xiàn)了最佳跟蹤。所以，預(yù)定的范圍可以是“中間的兩個(gè)樣值”，如樣值0到7，預(yù)定的范圍就是3-4之間。如果抽樣指示超出了預(yù)定的范圍(如最佳樣值不是樣值3或樣值4)，且檢驗(yàn)所接收到的運(yùn)載碼元的RF信號(hào)質(zhì)量的信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)滿足質(zhì)量要求，那么將對(duì)時(shí)鐘時(shí)基進(jìn)行調(diào)整。如果抽樣指示在預(yù)定的范圍之內(nèi)或信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)不滿足質(zhì)量要求，那么將不調(diào)整時(shí)鐘的時(shí)基。之所以采用信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)是因?yàn)槿绻邮盏降腞F信號(hào)質(zhì)量差，由于這種抽樣指示對(duì)于該信號(hào)可能不可靠，也就不必對(duì)碼元定時(shí)跟蹤做調(diào)整。
圖1是一用于碼元定時(shí)跟蹤的裝置10。抽樣指示12是比較裝置14的一個(gè)輸入。另一輸入是預(yù)定范圍16，它決定了抽樣指示12可接受的值。比較裝置14有一輸出18，它連接到調(diào)整裝置20。如果抽樣指示12超出了預(yù)定的范圍16，那么調(diào)整裝置20將產(chǎn)生一個(gè)調(diào)整碼元時(shí)鐘時(shí)基24的輸出信號(hào)22。
圖2是碼元定時(shí)跟蹤裝置10的另一實(shí)施方式，并進(jìn)一步包括連接到比較裝置14輸出18的刪除裝置26。刪除裝置26接收信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)(SQM)28信號(hào)，如果信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)28不滿足質(zhì)量要求，那么比較裝置14的輸出18將被刪除。如果信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)28的確滿足質(zhì)量要求，輸出18將傳輸?shù)郊訖?quán)裝置30。加權(quán)裝置實(shí)質(zhì)上對(duì)輸出18做濾波處理。加權(quán)裝置30對(duì)比較裝置14確定碼元時(shí)鐘時(shí)基24需要調(diào)整的次數(shù)和時(shí)鐘時(shí)基24不需要調(diào)整的次數(shù)的值進(jìn)行比較。如果這個(gè)比例達(dá)到一定水平，信號(hào)32將送給調(diào)整裝置20以便相應(yīng)地調(diào)整碼元時(shí)鐘時(shí)基24。
圖3是碼元定時(shí)跟蹤裝置40的另一實(shí)施方式。在這一實(shí)施方式中，抽樣指示12被抽取指示42取代。在這種情況下，抽樣時(shí)鐘對(duì)輸入的碼元每碼元抽樣八次。抽取指示42從每碼元的八個(gè)樣值中確定該時(shí)隙的最佳抽樣點(diǎn)。抽取指示42通過所得到的每個(gè)抽樣點(diǎn)的相位差來計(jì)算得到。相位差值由每一抽樣點(diǎn)與前一碼元同一抽樣點(diǎn)相減得到。在這種優(yōu)選實(shí)施方式中，發(fā)射機(jī)所采用的調(diào)制方式是π/4的四差分相移鍵控(π/4DQPSK)。其結(jié)果是理想的相位差為π/4，3π/4，-π/4，-3π/4。在接收時(shí)隙的有效部分，每個(gè)抽樣點(diǎn)對(duì)該理想值的偏移將累加起來。具有最小累積偏移(相位差)的抽樣點(diǎn)被選為抽樣點(diǎn)或抽取指示。
抽取指示42(指示八個(gè)樣值中最佳值的整數(shù))將同上限限幅器44和下限限幅器46比較。上限限幅器44和下限限幅器46包括圖1和圖2的比較裝置14。如果抽取指示42高于上限，在本例中大于4，那么邏輯1將移入上限寄存器48，否則邏輯0將移入上限寄存器。邏輯1或邏輯0根據(jù)幀時(shí)鐘50(即每幀一次)移入上寄存器。上移位寄存器有多個(gè)單元52，本例子是4，大數(shù)判決邏輯電路54判定是否有預(yù)定比例的邏輯1，本例子是4個(gè)單元中有3個(gè)，并發(fā)送信號(hào)去延遲碼元時(shí)鐘時(shí)基56。下限限幅器46在抽取指示42小于下限時(shí)，本例子是3，把邏輯1移入下移位寄存器58。當(dāng)抽取指示42大于下限時(shí)，移入下移位寄存器的是邏輯0。下移位寄存器58有多個(gè)單元52，它們與另一大數(shù)判決邏輯電路60相連。當(dāng)下移位寄存器58中有預(yù)定比例的邏輯1時(shí)，本例子是4個(gè)單元52中有3個(gè)，第二大數(shù)判決邏輯電路60將發(fā)送信號(hào)使碼元時(shí)基56超前。碼元時(shí)基56提前碼元時(shí)間的一部分。移位寄存器48，58和大數(shù)判決邏輯電路54，60起著圖2中加權(quán)裝置30的作用，或完成濾波操作。
時(shí)鐘使能電路62還包括清零邏輯電路62。時(shí)鐘使能電路62有兩個(gè)輸入，一是循環(huán)冗余碼信號(hào)64和載波損傷信號(hào)(QI估計(jì))66。這兩個(gè)信號(hào)一起作為信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)。CRC信號(hào)64指示接收到的時(shí)隙是否通過了CRC校驗(yàn)。CRC是一種在傳輸時(shí)隙中加入一些校驗(yàn)位(CRC位)的復(fù)雜檢錯(cuò)方法。如果時(shí)隙無差錯(cuò)傳輸，CRC生成式除以被保護(hù)的時(shí)隙數(shù)據(jù)時(shí)其余數(shù)為0，同時(shí)CRC信號(hào)將被清除(不是置位)。載波損傷信號(hào)66與選定抽樣點(diǎn)或抽取指示42的累積相位差成比例。特別地，載波損傷信號(hào)66等于1減去對(duì)抽取指示歸一化的累積差分相位差。如果CRC信號(hào)64沒有通過CRC校驗(yàn)或載波損傷信號(hào)66小于預(yù)定的門限，則時(shí)鐘使能電路62清除時(shí)鐘使能信號(hào)70。其結(jié)果是上限幅器和下限幅器44，46的輸出被刪除。時(shí)鐘使能電路62完成圖2中刪除裝置26的功能。
清零邏輯電路62有來自大數(shù)判決邏輯電路54，60的兩個(gè)輸入。當(dāng)上移位寄存器48的大數(shù)判決邏輯54發(fā)出信號(hào)延遲碼元時(shí)鐘時(shí)基56，那么清零邏輯電路62通過一個(gè)清零信號(hào)72清除上移位寄存器中預(yù)定數(shù)目的單元。在優(yōu)選實(shí)施方式中，上移位寄存器48中最早的兩個(gè)單元被清除。這使得裝置40更快地適應(yīng)新的(調(diào)整后的)定時(shí)估計(jì)。
裝置40可以同其它估計(jì)抽取指示的任何裝置(算法)一起使用，并不僅僅限于上述的算法。裝置40可以用分離元件實(shí)現(xiàn)，或用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列實(shí)現(xiàn)，或是用專用集成芯片(ASIC)實(shí)現(xiàn)，或是用通用的處理器作為硬件或軟件。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該裝置是用ASIC實(shí)現(xiàn)的，它是電纜電話系統(tǒng)數(shù)字接收機(jī)的一部分。
圖4是碼元定時(shí)跟蹤方法的流圖。過程從塊100開始，然后在塊102接收抽樣指示(SI)。接著，在塊104接收信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)(SQM)。在塊106，判定抽樣指示是否超過了預(yù)定的范圍，如果在塊106抽樣指示在預(yù)定的范圍內(nèi)，過程將返回塊102。如果抽樣指示超過了預(yù)定的范圍，那么塊108將判定信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)是否滿足質(zhì)量要求，如果信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)不滿足質(zhì)量要求，過程返回塊102。如果信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)的確滿足要求，那么時(shí)鐘時(shí)基將在塊110中被調(diào)整。然后，過程從塊110返回塊102。
圖5是圖4所示過程的另一實(shí)施方式。過程從塊120開始，然后在塊121接收抽取指示。接下來在塊124判定信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)是否滿足質(zhì)量要求。如果信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)不符合質(zhì)量要求，過程返回塊122。如果信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)符合質(zhì)量要求，過程沿并行路徑從塊126或128開始。在塊126，判定抽取指示是否小于上限值。如果抽取指示小于上限值，在塊129，將邏輯0移入上寄存器。如果抽取指示大于上限值，在塊130，把邏輯1移入上寄存器。塊132判定在上寄存器中是否有預(yù)定比例的邏輯1。如果在上寄存器中沒有預(yù)定比例(在優(yōu)選實(shí)施方式中為4個(gè)單元中有3個(gè))的邏輯1，過程返回122。如果在上寄存器中有預(yù)定比例的邏輯1，在塊134將延遲時(shí)鐘時(shí)基。在塊136清除上寄存器的預(yù)定比例(即二分之一)。然后，過程返122。
塊128比較抽取指示與下限值。如果抽取指示不小于下限值，在塊140將邏輯0移入下寄存器。如果抽取指示小于下限值，在塊142將邏輯1移入下寄存器。在塊144判定下寄存器中是否有預(yù)定比例的邏輯1。如果下寄存器中沒有預(yù)定比例的邏輯1，過程返回塊122。如果下寄存器中有預(yù)定比例的邏輯1，在塊146提前時(shí)鐘時(shí)基。在塊148清除下寄存器的預(yù)定比例(即二分之一)。然后過程返回到塊122。
圖6是采用碼元定時(shí)跟蹤裝置182的數(shù)字接收機(jī)180的方框圖。載波信號(hào)通過無線頻率(RF)連接194被接收。信號(hào)一分為二送入同相混頻器186和正交相移混頻器188。本地振蕩器190與I相信號(hào)在I相混頻器186中混頻。本地振蕩器190的另一輸出連接到一90度移相器192，然后與Q相信號(hào)在Q相混頻器188中混頻。下變頻的I相信號(hào)被I相模-數(shù)變換器(A/D)194抽樣。在優(yōu)選實(shí)施方式中，A/D194以碼元頻率的8倍由碼元時(shí)鐘時(shí)基定時(shí)。Q相模-數(shù)變換器196抽樣下變頻后的Q相信號(hào)。A/D 194，196的輸出用一個(gè)反正切電路198轉(zhuǎn)換為相位。反正切電路198的輸出是多個(gè)相位樣值。相位樣值分為三路，第一路的相位樣值送入一個(gè)延遲器200延遲一個(gè)碼元的時(shí)間，減法器202用未被延遲的相位樣值減去延遲的樣值。減法器202的輸出是多個(gè)微分相位樣值，估計(jì)器204利用這些值來判決抽取指示206和QI估計(jì)208。前面已經(jīng)介紹了判定抽取指示206和QI估計(jì)208的眾多方法中的一種。抽取指示206和QI估計(jì)208被送入碼元定時(shí)跟蹤電路182。
在第三通路，由反正切電路198輸出的相位樣值被抽取器212抽取。抽取后的相位樣值被送到檢測(cè)器214，它檢測(cè)相位樣值得到輸出數(shù)據(jù)216。CRC校驗(yàn)電路218對(duì)輸出數(shù)據(jù)216進(jìn)行校驗(yàn)，CRC校驗(yàn)電路218的輸出連接到碼元定時(shí)跟蹤電路182。碼元定時(shí)跟蹤電路182的輸出與碼元時(shí)鐘時(shí)基220相連。碼元時(shí)鐘時(shí)基220與一對(duì)A/D 194，196和估計(jì)器204相連，它控制著A/D 194，196的抽樣率和估計(jì)器204。
這里介紹了一種用于碼元定時(shí)跟蹤的裝置和方法，它不需要采用同步模式，并且能對(duì)發(fā)射機(jī)或接收機(jī)時(shí)鐘的漂移進(jìn)行調(diào)整。此外，本發(fā)明由于不會(huì)根據(jù)有噪聲的數(shù)據(jù)或錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)來調(diào)整碼元時(shí)基，這樣就避免了對(duì)碼元時(shí)鐘時(shí)基的大量調(diào)整。本發(fā)明還能在發(fā)生突發(fā)錯(cuò)誤的過程中跟蹤時(shí)鐘，而其它的接收機(jī)卻會(huì)丟失定時(shí)鎖定，并且需要在突發(fā)錯(cuò)誤后重新提取時(shí)鐘。這樣將導(dǎo)致更多數(shù)據(jù)的丟失。
盡管本發(fā)明是結(jié)合特定的實(shí)施方式來介紹的，但對(duì)熟練的技術(shù)人員而言，根據(jù)上述的介紹可以做很多的替換，修改和變化。所以本發(fā)明也希望把符合本發(fā)明構(gòu)想和附加權(quán)利要求書范圍的所有替換，修改和變化都包括進(jìn)來。
權(quán)利要求
1.一種用于碼元定時(shí)跟蹤的方法，包括下列步驟(a)接收抽樣指示；(b)接收信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)；以及(c)如果抽樣指示超出了預(yù)定的范圍而信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)滿足質(zhì)量要求，調(diào)整時(shí)鐘時(shí)基。
2.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括步驟(d)如果抽樣指示小于預(yù)定范圍的下限值且信號(hào)質(zhì)量滿足質(zhì)量要求，超前時(shí)鐘時(shí)基。
3.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括下列步驟(e)如果抽樣指示大于預(yù)定范圍的上限值，將邏輯1移入上限寄存器；(f)如果抽樣指示小于預(yù)定范圍的下限值，將邏輯0移入上限寄存器；以及(g)如果上限寄存器中少于預(yù)定數(shù)目的多個(gè)單元包含邏輯1，返回步驟(a)。
4.權(quán)利要求3的方法，進(jìn)一步包括下列步驟(h)如果上限寄存器中大于第二預(yù)定數(shù)目的多個(gè)單元包含邏輯1，延遲時(shí)鐘時(shí)基；(i)清除上限寄存器中第三個(gè)預(yù)定數(shù)目的單元；以及(j)返回步驟(a)。
5.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括下列步驟(e)如果抽樣指示小于預(yù)定范圍的下限值，將邏輯1移入下限寄存器；(f)如果抽樣指示大于預(yù)定范圍的上限值，將邏輯0移入下限寄存器；以及(g)如果下限寄存器中小于第四個(gè)預(yù)定數(shù)目的多個(gè)單元包含邏輯1，返回步驟(a)。
6.一種調(diào)整碼元定時(shí)跟蹤的裝置，包括(a)從估計(jì)器接收抽取指示的上限限幅器；(b)連接到上限限幅器輸出的上移位寄存器；(c)輸入與信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)相連，輸出與上移位寄存器相連的時(shí)鐘使能電路；以及(d)輸入與上移位寄存器相連，輸出與時(shí)鐘時(shí)基相連的大數(shù)判決電路。
7.一種調(diào)整碼元定時(shí)跟蹤的裝置，包括比較抽樣指示和預(yù)定范圍的裝置，并且具有比較器的輸出；以及調(diào)整與比較器輸出相連的碼元時(shí)基的裝置。
8.權(quán)利要求7的裝置，進(jìn)一步包括根據(jù)信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)用于刪除比較器輸出的裝置。
9.權(quán)利要求8的裝置，進(jìn)一步包括對(duì)連接到調(diào)整碼元時(shí)基裝置的多個(gè)比較器輸出進(jìn)行加權(quán)的裝置。
10.權(quán)利要求8的裝置，其中信號(hào)質(zhì)量檢驗(yàn)是循環(huán)碼冗余信號(hào)。
全文摘要
一種用于碼元定時(shí)跟蹤的裝置和方法，具有一抽取指示輸入(42)。抽取指示(42)同上限限幅器(44)和下限限幅器(46)相連。上限限幅器(42)與上移位寄存器相連。上移位寄存器(48)的多個(gè)單元(52)與大數(shù)判決邏輯電路(54)相連。大數(shù)判決邏輯電路(54)與碼元時(shí)鐘時(shí)基(56)和時(shí)鐘與清零控制電路(62)相連。時(shí)鐘與清零電路(62)有一時(shí)鐘使能輸出和與上移位寄存器(48)相連的清零信號(hào)。下限限幅器(46)與下移位寄存器(58)相連，下移位寄存器與另一大數(shù)判決邏輯電路(60)相連。
文檔編號(hào)H04L1/20GK1167552SQ96191336
公開日1997年12月10日 申請(qǐng)日期1996年1月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月3日
發(fā)明者戴維·波爾·格尼, 詹姆斯·羅伯特·凱爾頓 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司