具有合併保護的定時鑑別器的製作方法
2023-05-28 15:24:01 2
專利名稱：具有合併保護的定時鑑別器的製作方法
相關申請的交叉引用本申請要求2001年3月12日提交的、美國臨時專利申請號60/275253的優先權。
背景技術：
發明領域本發明一般涉及通信，尤其涉及通信環境中的定時鑑別。
相關技術說明常規的雷克接收機用稱為「指」的相關器對接收信號進行操作。雷克接收機根據每個期望多徑分量的覆信道係數相干地組合指輸出。覆信道係數可能以已知方式從周期性發射的訓練序列中獲得。
在碼分多址(CDMA)系統中，已知為不同的信號路徑分配多個指。每個指用一個閉環，與之相關的時間跟蹤環路(TTL)來跟蹤其分配到的路徑以控制其位置。
當路徑變得彼此間足夠接近時，跟蹤單獨路徑的指的TTL有時會使丟失的指合併。由於不利的衰落條件，合併意味著譬如一個指放棄它最初跟蹤的路徑並且開始跟蹤已經由另一指跟蹤的路徑。
為了避免指發生合併，已知要使用簡單的提前—滯後定時鑑別器，其輸出使相關的TTL能把一條路徑「拉入」離開指的當前位置一個碼片的距離。這個概念在
圖1中說明。
圖1示出接收濾波器輸出相對時間的曲線。最好能在準時採樣期間的峰值處對波形進行採樣。然而，由於這不能總是實現，因此在準時採樣前約半個碼片時間(Tc/2)處取得提前採樣，而在準時採樣後約半個碼片時間處取得滯後採樣。
如果提前採樣減去滯後採樣(E-L)等於零，則Δtres＝0。如果E-L＜0，則Δtres＜0示出該採樣太早被採樣。如果E-L＞0，則Δtres＞0示出該採樣太遲被採樣。
只要路徑離開足夠遠，使得第一路徑的圖1中的曲線不與第二路徑的同一曲線重疊，Early-Late定時鑑別器就工作。由於衰落，可能存在路徑之一遠弱於另一路徑的時間。當這種情況發生時，兩個指的定時鑑別器都會把兩個指拉向最強路徑。如果該條件持續足夠長時間，則過去用於跟蹤弱路徑的指會開始向強路徑移動。最終，衰落條件會把指移到足夠近，直至它們合併在一起。一旦指合併，它們就不能被分開，這是因為它們的定時鑑別器輸出將相同。
因為許多原因，由多個指跟蹤一條單獨路徑是不希望的。現在一條路徑上浪費了兩個或多個指。同樣，來自「被放棄」路徑的能量丟失，這是由於跟蹤該路徑的指現在與另一條路徑合併。
合併了的指也以更微妙的方式使性能降級。例如，合併了的指不僅不改進雷克接收機的性能，並且也不會有助於功率控制所用的Ec/Ns或Ec/Io估計。這導致移動站請求基站增加發射功率。如果存在任何指組合，則它用跟蹤它們的合併指不適當地對路徑進行加權。
通過避免雷克指合併，如把系統的幀差錯率(FER)作為信噪比的函數測量，總系統的性能得以加強。結果需要防止雷克指合併並允許指自由地跟蹤它們的路徑，以便大大減少處理器必需與指的操作幹擾的頻度。
發明概述本發明包含用於防止雷克指合併的定時鑑別的過程和裝置。用於定時鑑別的過程發生在定時鑑別器中，定時鑑別器是時間跟蹤環路的一部分。定時鑑別器與輸入信號耦合。
過程通過搜集輸入信號的提前、準時和滯後採樣而開始。然後，根據這些採樣得到Early、Ontime和Late參數。
根據Early、Ontime和Late參數之間的預定關係產生定時鑑別器輸出。在優選實施例中，該關係表示為如果(β·Early＞Ontime)或(β.Late＞Ontime)TD＝0否則TD＝Early-Late因此，本發明使雷克指能自由地跟蹤它們的路徑。這改進了接收機性能。
附圖簡述圖1示出為描述提前—滯後定時鑑別的典型現有技術接收濾波器的輸出相對碼片數的曲線圖。
圖2示出按照本發明實施例使用定時鑑別器的時間跟蹤環路框圖。
圖3示出圖2的定時鑑別器相對於常規定時鑑別器的輸出比較曲線圖。
圖4示出在一組不同的衰落條件下，圖2的定時鑑別器相對應常規定時鑑別器的輸出的比較曲線圖。
圖5示出移動站的框圖。
圖6示出基站的框圖。
優選實施例的詳細說明本發明通過防止雷克指合併而提供了具有改進了的性能的通信設備。這通過隔開來自相鄰路徑的幹擾的定時鑑別器而完成。
圖2說明了按照本發明實施例具有定時鑑別器的TTL的框圖。TTL用來自指的輸入來保持指跟蹤路徑。發射信號的發送和接收之間的時間差隨後稱為Δt。
該差異的估計被稱為 即，為了適當跟蹤路徑指應當處於哪裡的估計。該估計通過若干提前/延遲命令的發行而不明顯地反映出來，這些命令試圖使接收機的定時與適當的定時對齊。該提前/延遲機制的效應在於，從Δt中有效地減去 使信號具有稱為Δtres的殘留誤差。殘留定時誤差Δtres被輸入定時鑑別器(205)。
在示例性實施例中，為了控制指被放置在哪裡，定時鑑別器(205)估計輸入信號中的殘留誤差。定時鑑別器(205)的輸出 被輸入第一階濾波器(210)，它對估計的殘留誤差進行濾波。
經濾波的信號被輸入累加器(215)，後者在達到上溢或下溢條件之前加總這些誤差。當累加器(215)輸出超出預定誤差範圍時，達到上溢條件。在這種情況下，由上溢/下溢檢測(220)發布提前信號，它使指及時向前移。當累加器(215)輸出低於預定誤差範圍時，達到下溢條件。在這種情況下，由上溢/下溢檢測(220)發布延遲信號，它使指及時向後移。然後，閉環TTL如上繼續以便跟蹤路徑。
上溢或下溢條件的檢測取決於TTL的硬體實現中的標度。在示例性實施例中，使用範圍-256到256。然而，如果TTL數據路徑被不同地定標，則其它實施例可以使用其它範圍。
本發明的定時鑑別器(205)有效地隔離來自相鄰路徑的幹擾。這通過使用與常規定時鑑別器方法的大拉入範圍相比減少了的拉入範圍而完成。
如上所述，大拉入範圍是使指合併的因素之一。比較起來，如果定時鑑別器使用小拉入範圍，則當一條路徑變弱時，另一條「鄰近」路徑則不能拉入弱路徑的指。當衰落條件變化時，兩個指僅受到應被跟蹤的指的影響。
示例性實施例的定時鑑別器(TD)可以如下表示如果(β·Early＞Ontime)或(β·Late＞Ontime)TD＝0否則TD＝Early-Late其中Early和Late分別是提前和滯後碼片採樣幅度的單調函數。Ontime是準時碼片採樣幅度的單調函數。β是某個非負數並且如隨後討論的，是隨應用不同而變化的設計參數。
上述過程示出當β值乘以提前碼片採樣的幅度大於準時碼片採樣的幅度時，定時鑑別器輸出為零。同樣，如果β值乘以滯後碼片採樣的幅度大於準時碼片採樣的幅度時，定時鑑別器輸出也為零。否則，如上所述，定時鑑別器的輸出與Early-Late過程相同。
從上面定時鑑別器的定義可見，如果β＝0，則輸出與傳統提前—滯後鑑別器的相同。隨著β增加，拉入範圍減小。由於使用β，則拉入範圍可以根據應用所需要的那樣小。
β最佳值的選擇是取決於應用的。例如，在涉及由基站進行定時鑑別的應用中，其中被監控移動站可能迅速移動，則β值可能與移動站緩慢移動情況下的不相同。因此，β值可能需要由如現場試驗來選擇，以便確定該特定應用的最佳值。
在另一實施例中，β值是動態的，並且隨時間變化。該實施例的實現使得搜索器(尋找新路徑的過程)找到新路徑且指分配算法向該新路徑分配一個新的指。如果附近沒有其它指，則β最初被設為零。這使拉入範圍最大化。只要附近(±2碼片內)沒有其它指，β值就保持不變。
然而，當搜索器找到接近於另一路徑的一條路徑並且指分配算法為該路徑分配一個指時，β指會增加，從而減少兩者的拉入範圍。
在該另一實施例中，β作為相鄰指之間距離的函數而改變。當指分配算法分配越來越接近的指時，β增加，從而減小了拉入範圍。這有效地實現指的合併保護。由於在典型CDMA雷克接收機結構中路徑至多移動0.04碼片/幀，因此處理器可能不需要經常改變β值。應該理解，給定情況下β的最佳所需值可能用現場實驗和試探法來確定。
圖3和4的曲線圖中說明了這裡描述的定時鑑別器相對於常規提前—滯後定時鑑別器的操作和好處。圖3說明了定時鑑別器輸出相對於碼片偏移的曲線。該圖企圖說明當兩條路徑彼此接近時相應定時鑑別器的輸出怎樣變化。
圖3的不同曲線假定路徑1位於碼片偏移0處，且幅度為1。路徑2位於碼片偏移1處，且幅度為0.2。常規(規則TD)技術定時鑑別器輸出(301)被示出為重疊路徑2，使得被分配給路徑1的指用已知提前—滯後方法與較強的路徑2合併。
這裡描述的改進定時鑑別器(305)操作輸出具有由輸出的較銳利下落表示的小得多的拉入範圍。在這種情況下，改進的(新的)定時鑑別器甚至不識別路徑2。因此，從路徑1到路徑2合併指的趨勢實際上被消除。
圖4說明了在不同衰落條件下本發明的操作和好處的另一例。該曲線的路徑1位於碼片偏移0處，且幅度為0.2。路徑2位於碼片偏移1處，且幅度為1。該曲線示出當路徑2開始支配路徑1時定時鑑別器輸出(新的和規則的)如何變化。在具有較大拉入範圍的定時鑑別器(401)的曲線中，所示指開始合併。定時鑑別器(405)輸出的曲線示出指僅受到它們應被跟蹤的路徑影響，並且不趨向於合併條件。
圖5中說明結合了如這裡所述工作的定時鑑別器的TTL的移動站框圖。移動站由發射機(502)和接收機(501)組成，它們耦合至天線(503)。發射機為傳輸而調製來自麥克風(505)的聽覺信號。在某些情況下，發射機(502)或其它設備可能根據通信設備的類型而在調製前對來自麥克風(505)的聽覺信號進行數位化。然後，天線(503)把信號發射至所需目的地。
接收機(501)由具有改進了的定時鑑別器的TTL組成。接收機負責接收並解調在天線(503)上接收到的信號。如上所述在接收機內使用TTL。在某些通信設備中，接收機可能負責把接收到的數位訊號轉換成它們的模擬等價型式，再由揚聲器(506)發射。
通信設備由諸如微處理器或其它控制設備這樣的處理器來控制。處理器與發射機(502)和接收機(501)耦合併控制它們的功能。例如，處理器可能用於監控用於適當跟蹤的指並且用於執行搜索器和指分配算法。
顯示器(507)和小鍵盤(508)與處理器(504)耦合，用於顯示由用戶在小鍵盤(508)上輸入的信息。例如，用戶可能用小鍵盤(508)輸入一個電話號碼，它顯示在顯示器(507)上並隨後用發射機(502)發射至基站。
在一個實施例中，通信設備是結合TTL和定時鑑別器的蜂窩無線電話，其中定時鑑別器按照上述方法進行工作並構造。也可以構想帶有通信能力的個人數字助理、帶有通信能力的計算機，及類似物。
上述定時鑑別器也可以結合在基站內，用於改進基站接收機的性能。圖6中說明了結合TTL的基站框圖，其中TTL具有改進了的定時鑑別器。基站由發射機(601)組成，它從與基站耦合的網絡接收信號。發射機(601)以適當的功率電平在天線(605)上調製該信號並發射該信號。
接收信號由天線(605)接收並分發到接收機(603)，後者包括帶有改進的定時鑑別器的TTL。接收機(603)跟蹤接收信號的頻率並且解調任何適當的信號。已解調信號在與基站耦合的網絡上被發送到適當目的地。
處理器(604)控制基站的操作，包括發射機和接收機兩者的操作。處理器負責執行指分配算法和搜索器。
在優選實施例中，圖6所述的基站工作在蜂窩環境中。其它實施例基站可以是允許移動的、與固定基礎結構通信的無線通信設備的任何基站。
總之，已經描述了定時鑑別器、其構造、功能和操作、以及其它實施例。TD依靠移動指的改進方法大大減少了對處理器實現合併保護的需求。由於允許各指跟蹤它們的實際定時，因此TD還改進了外部施加的合併保護上的性能。本解決方案從根本上與簡單地移動指來防止它們合併的方法不同。
TD提供了嵌入式寬路徑(比相距一個碼片近的兩條或多條物理路徑)檢測。如果只有一條路徑，則鑑別器輸出與提前—滯後鑑別器(不包括拉入範圍)相同。然而，當存在兩條彼此接近的路徑時，所提出的定時鑑別器自動隔離來自相鄰路徑的幹擾。
當定時鑑別器與外部指監控一起使用時，性能進一步提高。在這種情況下，由於與提前一滯後情況相比、指能更準確地跟蹤路徑，因此外部指監控的頻度被降低。
應該注意到，所有上述實施例、方法步驟可以互換，而不背離本發明的範圍。
本領域的技術人員可以理解，信息和信號可以用多種不同技術和工藝的任一種來表示。例如，上述說明中可能涉及的數據、指令、命令、信息、信號、比特、碼元和碼片可能由電壓、電流、電磁波、磁場或其粒子、光場或其粒子、或它們的任意組合來表示。
本領域的技術人員還能理解，這裡公開的結合這裡描述的實施例所描述的各種說明性的邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可以用電子硬體、計算機軟體或兩者的組合來實現。為零清楚說明硬體和軟體的可交換性，各種說明性的組件、框圖、模塊、電路和步驟一般按照其功能性進行了闡述。這些功能性究竟用硬體或軟體來實現取決於特定的應用對整個系統所採用的設計約束。技術人員可能為每個特定應用以各種方式實現所述功能，但是這種實現判決不應被理解為背離本發明的範圍。
結合這裡所描述的實施例來描述的各種說明性的邏輯塊、模塊和算法步驟的實現或執行可以用通用處理器、數位訊號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯器件、離散門或電晶體邏輯、離散硬體組件或它們的任意組合。通用處理器可能是微處理器，然而或者，處理器可以是任何常規的處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器還可能用計算設備的組合來實現，如，DSP和微處理器的組合、多個微處理器、結合DSP內核的一個或多個微處理器、或任意其它這樣的配置。
結合這裡所公開實施例而描述的方法或算法的步驟可能直接包含在硬體、由處理器執行的軟體模塊、或包含在兩者的組合中。軟體模塊可能駐留於RAM存儲器、快閃(flash)存儲器、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬碟、可移動盤、CD-ROM、或本領域中已知的任何其它形式的存儲媒體中。示例性存儲媒體與處理器耦合，使得處理器可以從存儲媒體讀取信息或把信息寫入存儲媒體。或者，存儲媒體可能與處理器集成。處理器和存儲媒體可能駐留在ASIC中。ASIC可能駐留在用戶終端中。
上述優選實施例的描述使本領域的技術人員能製造或使用本發明。這些實施例的各種修改對於本領域的技術人員來說是顯而易見的，這裡定義的一般原理可以被應用於其它實施例中而不使用創造能力。因此，本發明並不限於這裡示出的實施例，而要符合與這裡揭示的原理和新穎特徵一致的最寬泛的範圍。
權利要求
1.與輸入信號耦合的定時鑑別器內一種定時鑑別的方法，該方法的特徵在於包括搜集輸入信號的提前、準時和滯後採樣；根據提前、準時和滯後採樣分別得到Early(提前)、Ontime(準時)和Late(滯後)參數；以及根據Early、Ontime和Late參數間的預定關係而把定時鑑別器輸出設為零。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述定時鑑別器用在時間跟蹤環路內。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述Early、Ontime和Late參數間的預定關係表示為「(β·Early)或(β·Late)＞Ontime」，其中β是設計參數號並且是應用專用的。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述Early、Ontime和Late參數分別是提前、準時和滯後採樣幅度的單調函數。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括在不滿足預定關係時把定時鑑別器輸出設置為Early-Late的結果的步驟。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，還包括根據定時鑑別器的輸出移動雷克接收機的指的步驟。
7.與輸入信號耦合的定時鑑別器內一種定時鑑別的方法，定時鑑別器是具有用於跟蹤信號路徑的多個指的雷克接收機的一部分，該方法的特徵在於包括搜集分別用於導出參數Early、Ontime和Late的提前、準時和滯後採樣；選擇參數β；以及通過下列步驟產生定時鑑別器輸出計算量(β·Early)和(β·Late)；如果任一(β·Early)或(β·Late)大於參數Ontime，則把定時鑑別器輸出設置為零；如果(β·Early)或(β·Late)小於或等於參數Ontime，則把定時鑑別器輸出設置為Early-Late的結果。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述定時鑑別器用於時間跟蹤環路路中。
9.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，β被選擇為雷克接收機的指之間距離的函數。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，β按雷克接收機的指之間距離的函數隨時間而動態改變。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，β的值隨著指之間距離的降低而增加。
12.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，β的值隨著指之間距離的增加而降低。
13.一種帶有由多個碼元組成的輸入信號的定時鑑別器裝置，該裝置的特徵在於包括用於搜集輸入信號的提前、準時和滯後採樣的裝置；用於根據提前、準時和滯後採樣分別得到Early、Ontime和Late參數的裝置；以及用於根據Early、Ontime和Late參數間的預定關係把定時鑑別器輸出設置為零的裝置。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述Early、Ontime和Late參數間的預定關係表示為「(β·Early)或(β·Late)＞Ontime」，其中β是設計參數號並且是應用專用的。
15.一種移動通信裝置，其特徵在於包括雷克接收機，用指跟蹤多條路徑上的接收信號，每條路徑都被分配到多個指中的一個獨立指，該接收機包括時間跟蹤環路，它具有控制指的移動的鑑別器，所述定時鑑別器還包括用於搜集輸入信號的提前、準時和滯後採樣的裝置；用於根據提前、準時和滯後採樣分別導出Early、Ontime和Late參數的裝置；以及用於根據Early、Ontime和Late參數間的預定關係把定時鑑別器輸出設置為零的裝置。
16.如權利要求15所述的移動通信裝置，其特徵在於，所述Early、Ontime和Late參數間的預定關係表示為「(β·Early)或(β·Late)＞Ontime」，其中β是設計參數號並且是應用專用的。
17.如權利要求15所述的移動通信裝置，其特徵在於還包括一發射機，用於在信道上對碼分多址輸出信號進行調製。
18.如權利要求15所述的移動通信裝置，其特徵在於，所述接收信號是碼分多址信號。
19.在適用於無線通信網絡中的基站接收機內，一種用指來跟蹤多條路徑上的接收信號的雷克接收機，每條路徑都被分配到多個指中的一個獨立指，該接收機包括時間跟蹤環路，它具有控制指的移動的定時鑑別器，該定時鑑別器還包括用於搜集輸入信號的提前、準時和滯後採樣的裝置；用於根據提前、準時和滯後採樣分別得到Early、Ontime和Late參數的裝置；以及用於根據Early、Ontime和Late參數間的預定關係把定時鑑別器輸出設置為零的裝置。
20.如權利要求19所述的移動通信裝置，其特徵在於，所述Early、Ontime和Late參數間的預定關係表示為「(β·Early)或(β·Late)＞Ontime」，其中β是設計參數號並且是應用專用的。
21.一種與指示定時差異的輸入信號耦合的時間跟蹤環路裝置，該裝置的特徵在於包括與輸入信號耦合的提前/延遲機制，用於產生殘留信號；與提前/延遲機制耦合的定時鑑別器，用於根據殘留信號產生所估計的殘留信號，該定時鑑別器由下列組成用於搜集輸入信號的提前、準時和滯後採樣的裝置；用於根據提前、準時和滯後採樣分別得到Early、Ontime和Late參數的裝置；以及用於根據Early、Ontime和Late參數間的預定關係把定時鑑別器輸出設置為零的裝置；與定時鑑別器耦合的濾波器，用於對定時鑑別器輸出進行濾波以產生經濾波的鑑別器值；與濾波器耦合的累加器，用於根據多個經濾波的鑑別器值的累加而產生經累加的鑑別器值；與累加器耦合的上溢/下溢檢測器，用於根據經累加的鑑別器值產生控制信號。
22.如權利要求21所述的裝置，其特徵在於，所述定時差異是跟蹤信號的發射和跟蹤信號的接收之間的時間。
23.如權利要求21所述的裝置，其特徵在於，所述上溢/下溢檢測器在經累加的鑑別器值超出預定範圍時產生上溢信號。
24.如權利要求21所述的裝置，其特徵在於，所述上溢/下溢檢測器在經累加的鑑別器值低於預定範圍時產生下溢信號。
全文摘要
一種用於定時的過程和裝置發生在定時鑑別器中，定時鑑別器是時間跟蹤環路的一部分。定時鑑別器防止雷克指合併。用於定時鑑別的過程中，鑑別器與輸入信號耦合。過程通過搜集輸入信號的提前、準時和滯後採樣而開始。然後根據這些採樣得到Early(提前)、Ontime(準時)和Late(滯後)參數。根據Early、Ontime和Late參數間的預定關係而產生定時鑑別器的輸出。該過程和裝置使雷克指能自由地跟蹤它們的路徑。這改進了接收機性能。
文檔編號H04B1/707GK1537363SQ02806170
公開日2004年10月13日 申請日期2002年3月8日 優先權日2001年3月12日
發明者A·森多納裡斯, A 森多納裡斯 申請人:高通股份有限公司