具有獨立跟蹤的解調參數的碼分多址無線電話系統的製作方法
2023-05-29 00:58:36
專利名稱：具有獨立跟蹤的解調參數的碼分多址無線電話系統的製作方法
技術領域：
本發明與多線路無線電話系統有關，具體地說，與在這種系統中設計成在系統的收發機之間通信時進行同步的接收機子系統有關。
利用電話和電話系統，包括無線電話系統，目前已非常普及。在無線電話系統中，例如數字900MHz系統，一個無繩或無線電話手機通過模擬或數字無線電信號與一個通常通過標準的電話線路接至一個外部電話網的座機(或基站)通信。用這種方式，一個用戶可以用無線手機通過座機和電話網與另一個用戶通話。
在各種情況下，如有許多電話用戶的事務所之類，還使用多線路無線電話系統。這種系統可以用一個手機與多達N個手機同時通信，通常採用數字通信方案，例如時分多址(TDMA)。所希望的是，在多線路無線電話系統中可實現當前的小交換機(PBX)系統的功能。
無線電話系統，如數字900MHz系統，用來在座機與一些手機之間建立一個無線網。基站收發機必需與每個在用手機同步。這種同步對於每個手機可能需要不同的解調和有關參數，因為有些手機可能比其他手機更靠近這個手機從而使各手機-基站對之間有很大的動態範圍差。例如，由於手機和基站具有獨立的用作頻率基準的本機振蕩器和信號強度，因此對於接至鏈路的不同的手機將具有不同的載波偏置和其他解調參數。此外，系統可以配置在室內辦公環境，從而導致每個手機-基站鏈路各有獨特的多路徑的問題。這需要對於每個手機-基站對進行不同的處理。
處理這個問題的一種方法是對於每個手機使用一個獨立的鏈路。然而，這種方法又會出現其他問題。例如，如果遠、近信號相差100dB，那麼就很難用FDMA(頻分多址)技術來建立獨立的鏈路。類似，CDMA(碼分多址)方法需要極嚴格的功率控制和/或每個碼元許多碼片(切普)(Chip)。
在多線路無線電話系統中通常使用像TDMA那樣的時分系統。在這樣一個系統中，使用單個RF信道，而每個手機分別在一個循環或周期(epoch)內的各自時隙期間發送和接收數據。然而，在這樣的系統中，座機很難與每個手機在各自時隙的開始處適當同步。因為各需對一個可能具有與其他手機不同的特性的鏈路進行操作。一個可能的解決途徑是利用一個反應極快的接收機，在每個時隙的開始處能重新同步，即使是每個時隙分別相應於一個具有與上個不同的特性的鏈路的手機。然而，這種解決途徑要求有一個速度很高的接收機，所附加的裝置成本高、結構複雜，而且對於同步各鏈路來說並不是始終最有效的。
本發明所涉及的無線電話系統包括一個具有一個座機接收機的座機收發機和多個無線手機。每個手機包括一個在一個共享信道上通過座機收發機與座機建立一個時分多址(TDMA)鏈路的手機收發機，每個手機在為手機分配時隙的TDMA方式的獨佔時隙期間進行通信。座機接收機為每個手機存儲一組解調參數。在座機要與一個特定手機同步時切換到這個特定手機的那組調製參數。
在本說明的附圖中
圖1為按照本發明的一個實施例設計的TDMA多線路數字無線電話系統的方框圖；圖2為在圖1所示系統的TDMA方式中使用的段、數據分組和音頻分組各結構的示意圖；圖3為按照本發明的一個實施例設計的帶有多個寄存器的自動增益控制(AGC)積分器的方框圖；圖4為圖1所示座機中使用的、採用圖3所示AGC積分器的AGC塊的方框圖；圖5為在圖1所示座機中使用的載波跟蹤迴路(CTL)塊的方框圖；圖6為詳細示出圖5所示CTL塊的頻率和數控振蕩器(NCO)積分器的方框圖；圖7為詳細示出圖5所示CTL塊的頻率和NCD積分器的另一個實施例的方框圖；以及圖8為按照本發明的一個實施例設計的圖1所示座機的接收部分的信號處理過程的例示流程圖。
現在參見圖1，圖中示出了按照本發明的一個實施例設計的擴頻TDMA多線路數字無線電話系統100的方框圖。TDMA系統100包括一個具有接收單元112和發射單元111的座機110，通過電話線路115與外部電話網116連接。系統100還包括N個無線手機1201、1202…120N。每個手機具有一個發射和接收單元(收發機)，例如手機1201的發射機131和接收機122。在一個實施例中，接收單元112包括N個獨立的接收機，而發射單元111包括N個獨立的發射機，從而使接收單元112和發射單元111可以提供總共N個收發單元，保證與N個無線手機配合。在任何時刻，有M個手機(0≤M≤N)工作或在用(即處在進行通話的過程)。在一個實施例中，系統100採用數字TDMA方式，每個工作的手機只是在它自己的時隙期間發送或接收數據。系統100因此在座機110與各手機120i(1≤i≤N)之間提供了一個無線網。
系統100最好採用塊糾錯編碼，以減少差錯。在一個實施例中，在一個時隙期間，按諸如建議書ITU-T G.721或G.727用分組碼發送經數字壓縮的音頻分組(如ADPCM(自適應差分脈衝編碼調製)樣點)。這允許例如每個音頻分組發送16個ADPCM樣點。分組碼和ADPCM是值得推薦的，因為它們等待時間短，使無線電話用起來極像標準的有線電話。諸如卷積編碼或循環編碼之類的信道編碼，或者諸如LPC(線性預測編碼)、變換編碼或格式編碼之類較強的信源編碼會有較大的延遲，使系統不大像相當的有線電話。
為了處理上述問題，本發明在座機接收機中採用了一種解調體系結構，獨立地跟蹤和更新TDMA無線網支持的各在用鏈路的解調參數，詳細情況將在下面結合圖3至8說明。為了能足以快速地截獲和同步給定鏈路加以調整的各個接收機參數在此稱為解調參數。
現在參見圖2，其中示出了在圖1所示TDMA系統100的TDMA方式中所採用的段、數據分組和音頻分組各結構的示意圖200。在一個實施例中，一個2ms的數字數據段210包括總共九個分組一個數據分組220和八個像音頻分組230那樣的音頻分組。每個數據分組是一組在一個離散的時隙期間從座機發送給某個手機或從這個手機發送給座機的數據，而在這個時隙內沒有其他手機在系統的數據信道上接收或發送數據。每個音頻分組是一組在一個總「周期」安排的某個時隙期間從座機發送給某個手機或從這個手機發送給座機的音頻數據，同樣在這個時隙內沒有其他手機在系統的數據信道上接收和發送數據。
如圖所示，每種分組含有各個子段或部分。例如，數據分組220包括一個32比特的同步段222、一個數據段235、一個FEC(前向糾錯)段222和保護時間223。數據分組220內的數據用於座機與某個手機之間的通信，含有各種信息，例如主叫方ID型信息、距離和功率信息等。
音頻分組230包括一個音頻分組標頭231、FEC數據段232和保護時間233。音頻分組標頭231例如含有標識這個音頻分組(諸如手機)、在這個周期內的當前位置等信息。
在一種工作模式，每個手機在周期的分配給它接收音頻數據的每個時隙期間接收16個4比特的ADPCM(自適應差分脈衝編碼調製)樣點，和在周期的分配給它發送音頻數據的每個時隙期間向座機發送16個ADPCM樣點。在另一種工作模式中，可以通過將每個樣點的質量降為2比特而使樣本數加倍為每個時隙32個。ADPCM和有關技術的詳細情況可參見國際電信聯盟(ITU)，建議書G.727，(12/1990)，「5、4、3、2比特樣本嵌入的自適應差分脈衝編碼調製(ADPCM)」(「5-，4-，3-and 2-Bits Sample Embedded Adaptive DifferentialPalse Code Modulation(ADPCM)」)http//WWW.itu.ch。
因此，音頻分組230還包括一個主要的64比特「音頻數據」部，它包括16個4比特的ADPCM樣點(高質量)或者是32個2比特的ADPCM樣點(低質量)。可以理解，對於一個2ms段，高質量(每個音頻分組或時隙16個4比特的ADPCM樣點)提供32Kbps ADPCM(默認音頻數據)，而低質量(每個音頻分組32個2比特的樣點在兩個手機之間分享)提供16kbps。
對於每個鏈路本發明採用獨立的自動增益控制(AGC)迴路、載波跟蹤迴路(CTL)和均衡迴路，獨立地跟蹤與這三個迴路或塊關聯的解調參數和狀態。可以通過調整來改善或獲得同步的與這三個迴路關聯的狀態和參數在此統稱為解調參數。由於每個手機的運動是獨立的，所處的位置可能與其他手機都不同，因此對於每個手機來說座機110需要用與其他手機不同的參數在這個手機的時隙開始時與它同步。如果這些參數和狀態(下面將詳細說明)可以存儲起來並在與每個手機通信期間加以修改，那麼一旦首次建立了同步，就可以得到第一組建立同步的參數和狀態，這些參數可以用作下次建立手機鏈路的出發點。然而，為一個手機鏈路建立的上組參數通常不是用來試與另一個手機同步的有效出發點。
因此，在本發明中，座機110的解調/接收部內的AGC、CTL和均衡塊修改成使各塊都能存儲和跟蹤每個手機一組的參數，在下個需要與一個給定的手機重新同步的時隙就利用上次修改了的對於這個手機的參數組。例如，一旦找到了可以建立與手機#1同步的適當的AGC、CTL和均衡參數，在手機#1的時隙結束時分別存入各塊。在手機#2的時隙是下個時隙時，座機110再進行同步，將這些參數存入對於手機#2的另一個位置。在手機#1的另一個時隙出現時，座機110的接收機就將在上次與手機#1通信期間規定解調參數的狀態的上次所存儲的參數重新裝入，有必要的話還可以對這些參數進行更新。然而，這樣應該能較快達到同步，因為手機#1在它的相繼時隙之間的短時間(例如2ms)內只有稍稍的移動，因此手機#1的上個時隙所用的解調參數應該很接近這次同步所需要的。所以，本發明大大縮短了每個時隙的截獲和同步時間。本發明還使單個接收機數據通路能用來支持來自多個獨立源的TDMA信號。
座機110的接收機中的三個接收或解調塊AGC、CTL和均衡塊作了如下面所要說明的修改，使它們能各自存儲對於每個手機的狀態和參數。在一個優選實施例中，本發明是在一個數字系統內實現的，三個迴路或塊的狀態都呈現為數字域。在另一個實施例中，可以採用一些模擬域技術，但在模擬域存儲一個迴路參數可能更為困難一些(例如，要保持一個壓控振蕩器(VCO)在TDMA時隙之間的時間內進行載波跟蹤可能是困難的)。因此，在一個優選實施例中，本發明採用數字方式實現。
現在參見圖4，圖中示出了圖1所示座機110的接收機112內所用的AGC塊400。AGC塊400包括多個標準部件，除了AGC累加器300包括多個寄存器，分別與系統100的各手機(或可能的鏈路)一一對應。信號處理塊420包括執行在可調增益放大器421與振幅檢測器422的輸入端之間任何接收處理的器件，如脈衝整形濾波器、載波消旋器、模數變換器(ADC)、IF放大器等。AGC積分器300存儲多個AGC參數，獨立地為每個鏈路存儲AGC迴路狀態。
現在參見圖3，圖中詳細示出了AGC塊400的AGC積分器或累加器300，它有N個寄存器310i。通過為每個時隙或鏈路存儲一個AGC值，使得每個AGC值只是在指定的相應時隙期間採用或更新來實現AGC。在本發明的TDMA無線電話系統100中，有足夠的保護時間(見圖2中的保護時間223)使放大器在TDMA時隙之間的寂靜時間內可以改變100dB。每個時隙使用一個AGC參數，由AGC積分器300提供。
對於每個時隙，通過將與當前時隙有關的信息加到啟用選擇330和多路開關320上，啟用其中一個寄存器310i，選用它的輸出。這使得適當的輸出值Q加到求和節點411上。由於只是適當的寄存器310i啟用，因此只有這個寄存器用輸入值D更新，而其他寄存器各保持在它們的先前值。這使得接收機的每個信道在它的時隙出現時能從它上次脫離處啟動，因為那些停用的寄存器使迴路就像它是處在理想的鎖定狀態(振幅誤差等於零)。可以理解，對於來自相同的發射機-接收機對(手機-座機對)的下個突發數據串來說，這看來是比默認的初始條件或上個發射機-接收機對脫離點更好的啟動點。
現在參見圖5，圖中示出了圖1所示座機110的接收機112內所用的CTL塊500。CTL塊500包括多個標準部件，除了頻率累加器510和數控振蕩器(NCO)530能存儲系統100的每個手機(或可能的鏈路)一個的多個CTL有關狀態，如下面結合圖6和7詳細說明的那樣。
為了實現載波跟蹤，採用NC0530，它受頻率積分器或累加器510的值驅動，保持為每個時隙工作。或者，加到NCO積分器530的值可以通過將頻率積分器510的值乘以直至下個時隙的時鐘周期數來計算。在這兩種情況下，本發明只是在適當的時隙期間才更新CTL狀態。
CTL500提供了一個二階的CTL，每個時隙利用兩個狀態參數，頻率和NCO參數，分別由頻率積分器510和NCO積分器530存儲。NCO參數可以根據它的初始值和頻率積分器內的值計算如下NCOi+D=NCOi+d·F(1)其中NCOi為NCO積分器的第i個值，d為直至這個時隙為有效的延遲數，而F為頻率積分器值。這個值是恆定的，因為積分器只是在這個時隙期間更新。這使得一個公共的NCO和CTL迴路濾波器能支持所有的TDMA時隙。為了保留CTL狀態只需要兩個數據，即頻率積分器和NCO積分器的參數或值。
現在參見圖6，圖中詳細示出了CTL塊500的頻率積分器510和NCO積分器530的實施例600。在一個實施例中，CTL塊500的頻率累加器510和NCO部530如圖所示那樣實現。頻率累加器510用啟用選擇器511和多路開關512實現，情況類似於圖3的AGC累加器300。在圖6所示的實施例600中，NCO積分器530接收更新或者作為時隙之間的延遲的函數加以計算。對NC0530的更新需要來自頻率積分器513的值。對於每個時隙(即對於每個發射機-接收機對)使用獨立的累加器。在一個實施例中，存儲在寄存器513內的頻率積分器值在通路非有效時(一個不同的發射機一接收機對在用時)在NC0530內累加，而對於一個給定時隙的頻率積分器和NCO在這個時隙期間在一個閉環內受到控制。如以上在AGC情況中所述，這樣就保留了每個鏈路的迴路狀態，大大減少了TDMA分組之間的再截獲時間。
現在參見圖7，圖中詳細示出了CTL塊500的頻率積分器510和NCO積分器530的另一個實施例700。在實施例700中，NCO積分器瞬時計算，而不是連續計算。在這種情況下，乘法每個時隙計算一次，而不是像在圖6的實施例600中所用的累加器內那樣每個樣點計算一次。多路開關711、712使NCO寄存器531能用當前NCO值加上直至這個鏈路的下個分組的延遲與當前頻率值的積程控(即執行式(1))。這等效於將當前頻率值一直累加到這個鏈路的下個有效時間(下個時隙)。在具有數字啟動定時的系統中，式中的d基於定時系統所計算的啟動樣點。啟動定時系統可以是一個從信號特性得出定時的數字定時恢復系統，也可以是一個依賴於一個由在信道上發送的定時數據同步的主NCO的啟動定時系統。
一個均衡塊的狀態通常用多個參數表示，這些參數稱為係數組。在一個實施例中，採用了一個像最小均方(LMS)均衡器那樣的均衡塊。由於每個手機在共享的RF信道上通過它的時分鏈路或時隙進行通信，而對於每個手機來說，RF路徑各不相同，因此本發明的均衡塊為每個手機或鏈路存儲了各自的一組均衡係數。在一個實施例中，這些值存儲在多個係數累加器內分別在相應時隙調出。在另一個實施例中，採用了一種轉置濾波器結構，每個係數在和移出加法器流水線時調出。熟悉該技術領域的人員將令清楚，怎樣實現一個均衡塊，使得它的參數可以按照本發明像上面所述那樣改變。
現在參見圖8，圖中示出了按照本發明的一個實施例設計的座機110的接收部的典型信號處理流程800的流程圖。近基帶信號用加到ADC801上的固定時鐘採樣後送至內插/定時恢復機構802，從通過並行相關器804的數據中得出它的誤差。接在定時估計器後的是一個消旋器803，它將一個相位校正信號送至並行相關器804，正如將看到的那樣。並行相關器804的輸出端上的碼元流送至FEC系統(未示出)。相關峰的檢測將取決於輸入的SNR(信噪比)、信號電平、載波和定時偏置。載波或CTL迴路或塊500、定時迴路或塊820和AGC迴路或塊400在如圖所示的信號流程中實現。定時迴路820用來建立接收機的採樣同步，使得在適當的時間進行採樣。在另一個實施例中，定時迴路820的特性由定時迴路參數表徵，其中包括為每個手機存儲和調整的解調參數組。
所示的信號流程基於假設座機110是主控方，控制定時、載波和功率電平。基於這個假設，各手機120鎖定到座機的基準時鐘和載波頻率上，而且還向座機回發有關各自的狀態的信息。這有助於座機110保持對系統內所有在用和空閒模式的鏈路進行跟蹤。這種策略的目的是維持穩固的鏈路和使一個系統在冷啟動後或從空閒模式達到同步所需的時間大大減少。在座機的處理和在手機的處理因此可以分別考慮，以區別這兩種功能操作。顯然，手機功能是在座機處理的一個子集。
正如可以看到的那樣，在另一些實施例中，本發明可用於需要經常接入多信道的其他類型的多址系統，例如TDMA、CDMA和FDMA。在這樣的一些實施例中，本發明用來為每個獨立的鏈路保留有關解調參數的狀態，使得截獲要求大大減少。在CDMA和FDMA系統中，各信道的碼元定時可以是獨立的，這使得碼元或碼片(Chpi)定時迴路能以與本文件中所說明的CTL類似的方式進行工作。
熟悉本技術領域的人員可以理解，上述按照本發明原理設計的無線系統可以是一個蜂窩系統，其中的座機110表示一個為蜂窩電話網內小區之一服務的基站。
可以理解，熟悉本技術領域的人員根據所附權利要求書給出的本發明的精神對以上為了解釋本發明的本質所例示和說明的這些部分無論在細節上、部件上還是配置上都可以作出種種改動，因此都應列入本發明的專利保護範圍。
權利要求
1．一種無線電話系統，包括(a)一個具有一個座機接收機的座機收發機；以及(b)多個無線手機，每個無線手機包括一個在一個共享信道上通過座機收發機與座機建立一個無線鏈路的手機收發機，座機接收機包括維護多個用來與一個特定手機同步的解調參數的同步裝置和為每個手機存儲一組解調參數、在座機要與一個特定手機同步時向同步裝置提供這個特定手機的那組解調參數的裝置。
2．權利要求1的系統，其中所述無線鏈路是一個時分多址(TDMA)鏈路，每個手機在為手機分配時隙的TDMA方式的一個獨佔時隙期間進行通信。
3．權利要求1的系統，其中所述為每個手機存儲的解調參數組在本手機的每個時隙更新。
4．權利要求1的系統，其中所述座機可以連接到一個或多個外部電話線路上。
5．權利要求1的系統，其中在每個時隙期間發送一系列自適應差分脈衝編碼調製(ADPCM)數據樣點。
6．權利要求1的系統，其中所述同步裝置包括一個自動增益控制(AGC)迴路、一個載波跟蹤迴路(CTL)和一個均衡迴路；以及所述解調參數包括確定AGC迴路的狀態的一個AGC狀態參數；確定CTL迴路的狀態的一個CTL頻率參數和一個CTL NCO參數；以及確定均衡迴路的狀態的一組均衡係數。
7．權利要求6的系統，其中所述AGC迴路包括一個AGC積分器，它具有為每個手機存儲一個AGC狀態參數的多個寄存器；以及所述CTL迴路包括一個CTL頻率積分器，它具有為每個手機存儲一個CTL頻率參數的多個寄存器，以及一個CTL NCO積分器，用來為每個手機存儲一個CTL NCO參數。
8．權利要求7的系統，所述系統還包括一些與用來存儲AGC狀態參數、CTL頻率參數和CTL NCO參數的這些寄存器連接的啟用選擇單元和多路開關，用來在一個手機的時隙期間選擇這個手機的相應解調參數。
9．一種在一個具有一個座機，這個座機包括一個具有一個座機接收機的座機收發機，和多個無線手機的無線電話系統中為每個手機在一個共享RF信道上與座機收發機建立一個無線鏈路的方法，所述方法包括下列步驟(a)在每個手機的時隙開始處按照這個手機的多個解調參數在座機和手機之間進行同步；(b)為每個手機存儲一組與在該手機的最近時隙期間所用的解調參數一致的解調參數；以及(c)在同步期間，切換到座機要與之同步的每個手機的解調參數組。
10．權利要求9的方法，其中所述無線鏈路是一個TDMA鏈路，每個手機在為手機分配時隙的TDMA方式的一個獨佔時隙期間進行通信。
11．一種與多個無線手機進行通信的座機，包括(a)一個具有一個座機接收機和一個座機發射機的座機收發機，用來在一個共享信道上與手機建立無線鏈路；(b)同步裝置，用來按照多個解調參數與每個手機同步；以及(c)為每個手機存儲一組解調參數的裝置，用來在座機要與一個特定手機同步時將同步裝置切換到這個特定手機的那組解調參數。
12．權利要求11的座機，其中所述無線鏈路是一個TDMA鏈路，每個手機在為手機分配時隙的TDMA方式的一個獨佔時隙期間進行通信。
全文摘要
本發明的無線電話系統包括一個具有一個座機接收機的座機收發機和多個無線手機。每個無線手機包括一個手機收發機,用來在一個共享信道上通過座機收發機與座機建立一個時分多址(TDMA)鏈路,每個手機在為手機分配時隙的TDMA方式的一個獨佔時隙期間進行通信。座機接收機的特性由多個解調參數表徵,用來與每個手機同步。座機接收機為每個手機存儲一組解調參數,在座機要與一個特定手機同步時切換到這個特定手機的那組解調參數。
文檔編號H04B1/707GK1286853SQ98813604
公開日2001年3月7日 申請日期1998年9月1日 優先權日1997年12月12日
發明者P·G·克努特森, K·拉馬斯瓦米, D·C·施 申請人:湯姆森許可公司