採用正交波形使多個發射機能夠共享單個cdm信道的製作方法
2023-08-11 02:17:51
專利名稱：採用正交波形使多個發射機能夠共享單個cdm信道的製作方法
背景技術：
I.發明領域本發明總的涉及擴展譜通信系統，尤其涉及使多個發射極能夠共享碼分多路復用(CDM)或碼分多址(CDMA)信道，作為這樣的系統中的共享源。
II.相關技術的描述在碼分多路復用(CDM)系統中，用於一個或多個接收方的信號是用單頻帶或CDM信道通過恰當分配信道處理碼來產生編碼信道而從單一地點發射的。例如，這樣的系統包括尋呼系統、消息或信息傳播系統以及其中的信息是轉發到各個目標接收方的定位或位置確定系統。某些CDM系統(如擴展譜碼分多址(CDMA)通信系統)通過將正交信道處理碼(如沃爾什碼或具有低相關性的擴展碼)分配到每一系統用戶來獲得編碼信道。
在大量的系統用戶之間轉發信息已經有了各種多址通信系統和技術。然而，擴展譜調製技術(例如用在CDMA通信系統中的調製技術)與其他的調製方案相比具有明顯的優越性，特別是當為大量通信系統用戶提供服務的時候。這些技術參見標題為「Spread Spectrum Multiple Access Communication System UsingSatelliete Or Terrestrial Repeaters」、授權日為1990年2月13日的美國專利4,901,307，以及標題為「Method And Apparatus For Using Full SpectrumTransmitted Power In A Spread Spectrum Communication System For TrackingIndividual Recipient Phase Time And Energy」的美國專利申請08/368,570，二者均已轉讓給本發明的受讓人，在此引述供參考。
上述專利揭示的多址通信系統中，大量的普通移動系統用戶或遠端系統用戶均採用至少一個收發機來與其他的系統用戶或與其他所連接的系統用戶(如公共電話交換網)進行通信。收發機通過匯接局和衛星或地面基站(有時也稱為小區站或小區)進行通信。
基站覆蓋小區，而衛星在地球表面上具有腳印。在任何一種系統中，可以通過對所覆蓋的地理區域進行分區或再分割來實現容量增益(capacity gain)。在基站處採用方向天線可以將小區劃分成「扇區」。與此類似，採用波束形成天線系統可以將衛星的腳印在地理上劃分成「波束」。這些再劃分覆蓋區的技術可以被看成是用相對的天線方向性或空間劃分多路復用來產生隔離。另外，如果存在有效帶寬，每一種再劃分，或者是扇區或者是波束，都可以是通過採用頻分多路復用(FDM)分配多個CDMA信道。在衛星系統中，每一CDMA信道稱為「子波束」，這是因為每個波束可以具有幾個這樣的信道。
在典型的擴展譜通信系統中，一個或多個預選偽噪聲(PN)碼序列在將用戶信息信號調製到載波信號上用作通信信號的傳輸之前用來在預定的譜帶上調製或「擴展」用戶信息。PN擴展作為在本領域中所熟知的擴展譜傳輸方法，產生比數據信號寬得多的帶寬的用作傳輸的信號。在基站對用戶或匯接局對用戶的通信鏈路中，PN擴展碼或二進位序列用來在不同基站或不同波束髮射的信號之間以及在多徑信號之間進行鑑別。這些編碼通常由給定小區或子波束內的所有通信信號所共享。
在一典型的CDMA擴展譜通信系統中，信道處理碼用來在小區內的不同用戶之間或在前向鏈路上(即從基站或匯接局到用戶收發機的信號路徑)的衛星子波束內發射的用戶信號之間進行鑑別。即，採用獨特的『信道處理』正交碼，每一用戶收發信機在前向鏈路上具有其自身的正交信道。沃爾什函數通常用來對編碼的信道處理，前向鏈路的典型編碼長度對於地面系統是64個子碼的數量級，而對衛星系統是128個子碼。
通常，CDMA衛星系統實施將系統源分配到眾多匯接局。最簡單的分配方案是在整個CDMA信道或子波束的解析度下劃分資源。系統將一個個衛星的整個子波束針對指定的時間區間分配到各個匯接局。然而，當存在比現有子波束多的匯接局時，整個CDMA信道的分配在使用系統資源時或潛在地變得無效。在這種情況下，可以證明在匯接局之間共享子波束是有用的。這提高了用於分配的系統資源的解析度。
所以，要求多個匯接局共享一個CDMA信道或子波束作為共享資源。然而，按照傳統的理解，CDMA或CDM信道由多個發射機共享會在接收機處產生信號幹擾。對於本領域的技術人員十分清除的是，上面的討論也適用於採用基站而不是採用匯接局並且採用幾種類型的消息或信息傳播系統的地面(例如蜂窩)通信系統。
所以，需要的是一種使多個發射機(例如匯接局、基站)能夠共享單個CDM信道而不會產生幹擾的方法。
發明概述本發明是一種採用正交波形使多個發射機能夠共享單個的CDM或CDMA信道的系統和方法。申請人發現，與傳統的觀點相反，按照本發明，當發射機運行的某些方面受制約時，採用正交波形，單個發射機可以共享單個的CDM信道。再有，按照傳統的觀點，控制來自多個發射機的載波相位從而在一個移動接收機或幾個移動接收機中的每一個處對齊是不切實際的。申請人發現，當採用本發明的方法時，在感興趣的時間區間內無需控制或調整某些操作參數(如相對載波相位)。通過使某些發射機的運行特徵受到控制，本發明使得多個發射機對CDM信道的共享變得很實際和有用。
按照本發明的較佳實施例，共享CDMA信道的每一發射機分配得到一部分用來使用戶信息信號信道化的預定沃爾什碼組。另外，所有的共享發射機採用相同的偽隨機(PN)擴展碼和偏置使信道化的用戶信號擴展。當觀察到下述發射機操作制約時，發射機可以共享一個單頻帶(CDM或CDMA信道)而無互幹擾每一發射機採用相同的PN擴展碼或正交PN碼序列對和時間偏移；對時間偏移進行預校正，以確保在接收機處的時間對齊；對信號頻率進行預校正，以確保在接收機處的頻率對齊；並且每次是不會同時將一個正交信道處理碼分配到一個以上的發射機的。
本發明較佳實施例的一個目的是允許多個發射機共享一個CDMA信道而不產生互幹擾。
本發明同樣也允許多個發射機共享一個CDM信道而不產生互幹擾。
本發明的一個優點是它提高了特定通信信號和系統的信噪比。
本發明的另一個優點是改進了信號的時間和相位跟蹤。
本發明的再一個優點是改進了頻率跟蹤。
本發明又一個優點是使得捕獲期間具有更好的信號頻率牽引(signal pull-in)。
本發明的另一個目的是使得可以採用用於頻率跟蹤的多個導頻信號。因為按照本發明的共享CDMA信道的每一個發射機提供一個導頻信號，在接收機處具有用於頻率跟蹤的多個導頻信號。用多個導頻信號來進行頻率估算的一個優點是該技術可以進行更快的頻率牽引。該技術的另一個優點是可以在更低的信噪比下進行頻率跟蹤。該技術的又一個優點是在衰落信道中具有更好的整體解調性能；當一個導頻信號衰落時，其功率可以由來自其他發射機的導頻信號的功率來補充而保持載波鎖定。該技術的進一步的優點是使得可以採用更低功率的導頻信號。
本發明的進一步的特徵和優點以及本發明的各種實施例的結構和操作在參照附圖進行了下述詳細描述以後將變得更加清楚起來。
附圖簡述參照附圖將能最好地理解本發明，圖中，相同的編號表示相同或功能相似的元件。另外，標號最左面的數字指得是該標號在附圖中首次出現的圖。
圖1描述的是典型的多址通信系統；圖2a描述的是描繪傳統設計的信號調製器的電路方框圖；圖2b描述的是另一種傳統設計的信號調製器的電路方框圖；圖3描述的是傳統設計的QPSK擴展器的電路方框圖；圖4描述的是本發明一個較佳實施例的電路方框圖；圖5描述的是本發明較佳實施例的運行的流程圖；圖6描述的是採用多個導頻信號來獲得接收的QPSK信號的載波頻率的估算的自動頻率控制環路的電路方框圖；以及圖7描述的是圖6所示自動頻率控制環路的運行的流程圖。
較佳實施例的詳細描述I.引言本發明是使多個發射機共享單個CDM信道或單個公共寬帶信號源的系統和方法。下面討論較佳實施例。然而，首先討論理解本發明所必須的幾個方面。
討論特定的步驟、結構和排列時，應當理解，這樣的討論僅為說明的目的。相關技術領域的技術人員將會理解，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，還可以採用其他的步驟、結構和安排方式。
如上所述，一典型的CDMA無線通信系統採用擴展譜CDMA技術時，採用了至少一個用於信號傳輸的頻率帶；每一頻帶即為所知的CDMA信道。不同的CDMA信道用來將不同的通信信號轉發到不同的用戶組。CDMA信道還可以被再分配到其他系統，供在各種聯邦通信委員會(FCC)規劃下再使用或由其他業務使用的中間帶隔開。根據所選擇的通信系統，可以部分地或全部地使用於不同CDMA信道的地理覆蓋區重疊。出於容量、衛星覆蓋區或位置、信號強度、幹擾等的目的，用戶可以在CDMA信道間切換。
在CDMA通信系統中，從一個站進行發射的多個用戶通過恰當分配到每一正交信道處理碼(如沃爾什碼)可以共享一個頻帶(CDMA信道)。在一典型的CDMA系統中，將已有的頻譜劃分成幾個頻帶，每一頻帶代表一個CDMA信道。接著，通過將信道處理碼施加到要發射的信號，將每一CDMA信道語法分析(parse)成幾個編碼信道。每一編碼信道是一個單獨的通信信道，能夠攜帶話音、數據等。在本發明的較佳實施例中，CDMA信道內的每一編碼信道是通過採用從一組沃爾什碼中選擇出來的不同的沃爾什碼對一數據信號進行調製來產生的。一典型的編碼組見IS-95系統技術規範，標題是「Mobile Station-Base Station CompatibilityStandard For Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System」，在此引述供參考。合成的通信信號是相互正交的。II.沃爾什碼的產生一種類型的正交信道處理碼是沃爾什碼，本發明的較佳實施例中就採用這種編碼。沃爾什碼的產生和使用的討論見標題為「System And Method ForGenerating Signal Waveforms In A CDMA Cellular Telephone System的美國專利5,103,459。該專利已轉讓給本發明的受讓人，其內容在此引述供參考。為讀者方便起見，下面提供一簡短的描述。
在本領域中眾所周知的是，可以構築一組n個正交二進位序列，每一序列的長度為n，n為2的冪。事實上，對於最大長度是4的倍數並且小於200的長度的正交二進位序列也是人們所熟知的。一種用於正交信道處理碼並且是相當容易產生的正交二進位序列稱為沃爾什函數。沃爾什函數是從沃爾什函數矩陣產生的，稱為Hadamard矩陣。一n階Hadamard矩陣可以遞歸定義為Hn=Hn/2Hn/2Hn/2Hn/2---(1)]]>這裡，H表示H的加法逆，並且在實數域上H1＝1(即，H1＝-1)。
所以，階數為2和4的開頭兩個Hadamard矩陣可以表述為H2=111-1---(2)]]>H4=H2H2H2H2=11111-11-111-1-11-1-11---(3)]]>於是，沃爾什函數Wn簡單地就是沃爾什函數矩陣(Hadamard矩陣)的一行，階數為『n』的沃爾什函數矩陣是含有n個函數或序列的平方矩陣，每一序列的長度為n個子碼。
階數為n的沃爾什函數(以及所有其他的正交函數)具有這樣的性能，即，如果序列在時間上是相互對齊的話，則在n個碼元的間隔之上，組內所有不同序列之間的交叉相關為零。注意到每一序列準確地說有一半的位與其他的序列是不同的就可以看到這一點。還應當注意到，總有一個序列包含全「1」(實數)，而所有其他的序列一半為「1」，一半為「-1」。
沃爾什碼的上述特性使得它們在CDMA通信系統中是有用的。正如在下文中將要描述的那樣，當用來自相同組的兩個不同沃爾什序列來調製兩個用戶信號時，合成信號不會相互幹擾。III.無線信息系統正如上面討論的那樣，本發明可以應用於各種無線信息和通信系統。這樣的系統包括通常用作尋呼或位置判斷的信息傳播系統。其他的系統包括無線通信系統，如衛星和地面蜂窩電話系統。一種較佳應用是用作行動電話設施或可攜式電話設施的CDMA擴展譜通信系統。
採用本發明的典型的無線通信系統示於圖1中。圖1中示出的通信系統110部分採用兩個基站112和114、一個衛星116和兩個相關的匯接局或樞紐站(hub)120和122。通信系統的這些部件示出的是與兩個用戶單元124和126建立通信。通常，基站和衛星/匯接局是基於地面或衛星的的單獨通信系統的部件，但並非一定必要。
用戶單元124和126均有或包含一個無線通信裝置，例如(但是是非限定的)，蜂窩電話、數據收發機或尋呼或位置判定接收機，並且根據需要可以是手持或安裝在車輛上的。這裡，用戶單元被描述成是手持電話。然而，應當理解，本發明的原理適用於需要遠端無線裝置的固定裝置，包含在某一區域『內部』以及『開放空間』的。
通常，在不同頻率下來自衛星116的多個波束(也稱為CDMA信道或『子波束』)可以傳播覆蓋相同的區域。本領域的技術人員還應當理解的是，根據所提供的通信系統設計和服務的類型以及是否實現了空間分集，多個衛星的波束覆蓋區域或服務區域或者多個基站的天線圖形可以被設計成在給定的區域中完全或部分重疊。
至今已經提出各種多衛星通信系統，例如採用低地球軌道(LEO)的軌道平面用於服務大量用戶單元的多衛星通信系統。本領域的技術人員將會理解本發明的原理是如何應用於各種衛星系統和匯接局結構(包括其他軌道距離和星座)。同樣，本發明也適用於各種基站結構的基於地面的系統。
對於用戶單元124和126之間和基站112與114之間或通過具有匯接局120和122的衛星116而發生的通信，圖1中示出了一些可能的信號路徑。基站-用戶單元通信鏈路用直線130、132、134和136給出。匯接局120和122與衛星116之間的匯接局-衛星通信鏈路分別用直線140和142表示。衛星116和用戶單元124和126之間的衛星-用戶單元通信鏈路分別用直線144和146表示。
如上所述，匯接局120和122以及基站112和114可以用作單向或雙向通信系統部分，或簡單地將消息或數據轉發到用戶單元124和126。不管是在哪一種情況下，匯接局120和122或基站112和114可能想要共享相同的CDM或CDMA信道。在基站112和114相互靠近或者匯接局120和122目前具有對資源的非尋常要求或者具有公共用戶組的消息的情況下尤其是這樣。IV.擴展和覆蓋在信息信號轉發到系統用戶之前，它們首先必須被數位化，並根據想要被編碼或交錯，以產生基本數字通信信號。這些操作採用在本領域中所熟知的技術。尋址到特定用戶的信號還用不同的正交函數或分配到該用戶的前向鏈路的編碼擴展序列來調製。即，唯一的覆蓋正交碼(通常為沃爾什碼)用來區別小區或波束內的不同使用者或用戶。給定載波頻率的前向鏈路上的這一編碼產生也稱為信道的用戶信號。這樣的正交函數有時稱為信道處理碼。
實施數據信號的覆蓋和擴展的典型發射機電路的方框圖如圖2a和2b所示。圖2a中的發射調製器200採用一第一乘法器202、一第二乘法器204、一正交碼或正交函數發生器206，以及一PN發生器208。另外，正如在下文中將描述的那樣，調製器200可以採用一乘法器210。發射調製器200接收數據或先前經編碼的數據碼元，並用一分配的正交碼序列、沃爾什碼對它們進行正交編碼或覆蓋，並接著使經覆蓋的數據在發射前擴展。
參見圖2a，信息信號S(t)通過用沃爾什函數W(t)相乘而被信道處理(channelize)。用本領域中所熟知的裝置，正交函數或沃爾什碼發生器206產生使信號被信道處理所要求的正交覆蓋碼。來自發生器206的編碼Wi(t)被通常是一乘法器的邏輯元件202中的碼元數據乘或與之組合。在本典型實施例中，儘管也可以採用其他所熟知的速率，但正交函數通常被時鐘鎖定在1.2288Mhz的速率下。
乘法器202輸出的經正交覆蓋的數據信號S(t)W(t)被輸入到用一PN擴展碼乘以該信號的邏輯元件或乘法器204。合成PN擴展和正交編碼輸出信號通常經帶通濾波，轉發到恰當的功率控制和放大電路，並調製到射頻(RF)載波上。另外，PN擴展和正交信道處理碼可以在它們與數據組合之前相乘或組合。這描述在圖2b中，圖中，發射調製器201將正交碼發生器206和PN發生器208的輸出轉發到乘法器210。乘法器210產生一經組合的編碼，該經組合的編碼再用乘法器204與數據信號S(t)W(t)組合。
合成信號在與其他的前向鏈路信號加和和用天線輻射之前進一步被放大和濾波。該濾波、放大以及調製操作在本領域中是人們所熟知的。正如人們所知道的那樣，另一種實施例中可以交換形成發射信號的這些操作中的某些順序。這種類型的發射裝置的運行的其他細節見上述美國專利5,103,459。
PN發生器208產生用在該過程中的一個或更多個不同的PN擴展碼。該發生器在採用合適的接口元件的幾個發射機之間可以是時間共享的。用於這些序列的典型發生電路將標題為「Power Of Two Length Pseudo-Noise Sequence GeneratorWith Fast Offset Adjustments」、授權日為1993年7月13日的美國專利5,228,054，該專利已轉讓給本發明的受讓人，在此引述供參考。另外，PN碼可以被預存儲在如ROM或RAM電路的存儲元件中。根據要求，PN發生器208可以根據需要輸出一實數值或複數值序列。在某些應用中，這些PN擴展碼可以是相差90°的相同編碼。
每一PN序列由在比被擴展的基帶通信信號高得多的頻率下在一預選PN碼周期上發生的一系列『子碼』組成。典型的子碼速率是1.2288MHz左右，PN碼序列長度或周期為1024子碼。然而，可以調整該編碼長度，以增大編碼間隔，或降低搜尋時間，這是本領域中的技術人員所清楚的。每一系統設計按照本領域中所理解的因素指定通信系統中PN擴展碼的分布。
熟知的時鐘源用來提供定時信息，並且時間偏移或偏移值通常是由一個或多個控制處理器提供的，以影響這些運行的時序。V.QPSK擴展器下文中描述的本發明的較佳實施例採用傳統設計的正交相移鍵控(QPSK)擴展器。在閱讀了下文中的討論以後，相關領域中的技術人員將會理解本發明中是如何採用其他擴展方案的。QPSK擴展器的方框圖示於圖3中。QPSK擴展器300包含第一和第二同相乘法器302和304，第1和第2正交乘法器306和308以及加法元件或加法器314。兩個PN發生器316和318用來分別提供同相擴展碼和正交擴展碼PNI和PNQ，這與上文中描述的PN發生器208是一樣的。
現在參閱圖3，信息信號S(t)已通過與沃爾什函數W(t)相乘而信道化，產生信道化的信息信號S(t)W(t)。信道化的信息信號S(t)W(t)被施加到乘法器302和306的每一個的輸入端。通常，相同的數據被輸入到乘法器，並與各個編碼組合或由各個編碼調製。乘法器302由來自PN發生器216的同相PN碼PNI乘以輸入信號S(t)W(t)。合成的信號接著由濾波器310濾波，濾波器310是一個傳統設計的濾波器，通常用來提供脈衝波形形成，以包含發射信號的帶寬。經濾波的信號接著施加到乘法器304，用同相載波信號cos(ωt)乘。與此類似，乘法器306用來自PN發生器218的正交PN碼PNQ乘以輸入信號S(t)W(t)。合成信號接著用濾波器312濾波，並施加到乘法器308，由正交載波信號sin(ωt)乘。對相關領域的技術人員來說很明顯的是，其他的波形也可以用作載波信號。合成的同相和正交分量接著由加法器314加和，產生QPSK擴展信號M(t)，與以前一樣，在與其他的前向鏈路信號加和和由天線輻射之前，它可以進一步被放大和濾波。IV.本發明的實施例在本發明之前，人們認為通過共享一組正交信道處理碼，多個發射機是不可以共享單個的CDM信道的。人們還認為，為了實現信道共享，發射信號的各個載波相位還必須在接收機處對齊。
不幸的是，在感興趣的載頻下，來自地理分布的站的多個發射機的載波相位的這種協調的預校正在技術上不認為是可行的。正如在下文中所描述的那樣，申請人發現，與傳統的觀點相反，即使各個發射機載波相位在接收時是不對齊的，多個發射機也可以用正交信道處理碼來共享單個的CDM信道。在某種情況下，不管載波相位如何，發射機的信號保持互相正交。
下面通過例子，可以非常好地說明載波相位不相關的原因。考慮在基站112和114中或匯接局120和122中有兩個發射機，發射機X和發射機Y，每一個發射機分別產生具有相位『x』和『y』的載波波形。發射機X用沃爾什函數Wx(i)使數據信號Sx信道化，並地載波進行調製，以產生一發射信號Tx(i)，這裡，i代表沃爾什序列中的子碼數，本例中的I的值的範圍是從0到127。發射機Y用沃爾什函數Wy(i)使數據信號Sy信道化，並對其載波進行調製，以產生發射信號Ty(i)。所以，發射信號可以表述為Tx(i)＝SxWx(i)jφx(4)以及Ty(i)＝SyWy(i)jφy(5)二發射信號均由接收機X(124，126)接收，並用沃爾什函數Wx(i)去覆蓋或去信道化。假設通過頻率預校正，到達信號的信號相位中的任何相對差均大體為常量。即，當相位不同時，在正被使用的沃爾什函數周期上它們保持為相對恆定。因為沃爾什序列與相同的沃爾什序列之積是一單位序列，所以，信號Tx結果由下述關係式給出i=0127Tx(i)Wx(i)=i=0127SxWx(i)Wx(i)ejx=Sxejxi=0127(1)=128Sxejx---(6)]]>這是所要求的數據信號。因為沃爾什序列與同一組的另一個沃爾什序列的乘積是零，信號Ty結果由下面的關係式給出i=0127Ty(i)Wx(i)=i=0127SyWx(i)Wy(i)ejy=Syejyi=0127Wx(i)Wy(i)=Syejy*(0)=0---(7)]]>結果是無幹擾。所以，當滿足上述條件時，載波相位是不相關的，並且在沃爾什函數的短周期上頻率對齊不會改變。
按照本發明的較佳實施例，每一發射機採用相同的正交PN擴展碼或序列對和偏移。(一PN碼偏移是PN碼序列的參考時間和起始時間之間的預定延遲。)另外，沒有一個正交信道化碼在它們共享CDMA信道的時間內會被分配到一個以上的發射機。偏移經時間預校正，以確保在接收機處的時間對齊。信號的頻率經預校正，以確保在接收機處的頻率對齊。
圖4中給出描述本發明的較佳實施例的電路方框圖。圖4給出本發明的簡單應用，只有兩個發射機(發射機400A和發射機400B)共享一個CDMA信道。按照一較佳實施例，在該共享發射機之間劃分一預定的沃爾什碼組。這在圖4中示出，圖中給出了分配到發射機400A的沃爾什碼Wl(t)-Wn(t)，以及分配到發射400B的沃爾什碼Wn+1(t)-Ww(t)，這裡的w是該組中沃爾什碼的總數。
本領域中的技術人員很清楚，沃爾什函數不必以嚴格的順序來分配或編組，可以根據需要用其他的分配方式來分配。即，本發明不要求比方說是沃爾什函數1-16被分配到一個發射機，而沃爾什函數17-32被分配到另一個發射機，作為連續的『塊』或序列(1到n以及n+1到w)。例如，沃爾什函數1，3，5，…31可以被分配到一個發射機，而另一個接收沃爾什函數2，4，6，…32，供使用。該函數可以以小組或交替序列的方式或用其他已知的方式來分配。只要在相同的CDM信道上在相同的時刻各個發射機使用的不是共同的沃爾什函數，可以使用沃爾什函數的各種組合、混合或順序。
對於一個較佳實施例，下表I中給出一例如何進行這樣的分配的。在所描述的分配方案中，兩個匯接局(標記為第一匯接局(GW)和第二匯接局(GW)在一CDMA擴展譜通信系統中共享相同的波束和頻率。這裡列出了特定的九個信道組的指定的函數，和它們的各個沃爾什函數分配。
表I
在該規範中，較佳實施例被描述成具有兩個發射機和一個接收機。相關技術領域中的技術人員很清楚，本發明的原理可以被擴展到多個發射機和多個接收機共享一個CDMA信道。另外，本領域的技術領域很清楚，接收機可以由中繼器(通常是衛星發射機-應答器、地面中繼器等)來代替，並且本發明的時間和頻率校正可以由發射機或中繼器來執行。例如，對於一組用戶來說，時間和頻率預校正通過共享衛星或中繼器中的一個發射機-應答器以及將信號預校正到發射機-應答器進行的發射點來執行。
在該規範中，本發明是相對於信號傳輸來描述的。正如對相關技術領域中的技術人員很明顯的是，本發明可以採用各種接收機。標題為「System and Methodfor Forming Signal Waveforms in a CDMA Cellular Telephone System」的美國專利5,103,459中揭示了一種典型的接收機，該專利已轉讓給本發明的受讓人，在此引述供參考。
另外，按照本發明，相同的PN多項式和偏移被分配到每一共享發射機。參閱圖4，圖中給出分配到發射機400A和發射機400B的PN序列PNQ和PNI的一個正交對。
參閱圖4，發射機包含乘法器402A、402B；QPSK擴展器300；加法器404A、404B；時間預校正器406A、406B；頻率預校正器408A、408B和天線410A、410B。
圖5中給出了描述本發明較佳實施例的運行的流程圖。下面參照圖4和圖5描述本發明的較佳實施例。
參照圖5，在步驟502中，在必須共享單個CDMA信道的多個發射機處有幾個用戶信號。用戶信號可以是話音、數據等。這些信號在圖4中表示為在發射機400A處的SA1-SAX和在發射機400B處的SB1-SBY。在步驟504中，每一用戶信號通過乘法器402A和402B與不同的沃爾什碼序列乘。沒有兩個用戶信號SA1-SAX和SB1-SBY是用相同的沃爾什碼序列乘的。沃爾什碼在圖4中描述為分配到發射機400A和W1(t)-Wn(t)，和分配到發射機400B的Wn+1(t)-Ww(t)。
接著，在步驟506，每一乘法器402A、402B的輸出用相同的PN多項式和偏移對，由一個或多個QPSK擴展器300來QPSK擴展。QPSK擴展器300的運行的描述見上述部分III。接著，在步驟508中，在每一發射機處，分別由加法器404A和404B對合成的經沃爾什編碼的QPSK擴展信號加和。在步驟510，混合信號分別由時間預校正器406A、406B作時間預校正，以確保從發射機發射的混合信號的PN偏移在要求接收的一個接收機或多個接收機處時間對齊。正如上文中所描述的那樣，發射機400A、400B通常位於基站或匯接局處，並且至各個接收機/接收機-應答器的近似距離是已知的；所以可以容易地計算所要求的時間預校正。
在步驟512中，由頻率預校正器408A、408B對經時間預校正的混合信號進行頻率預校正，以確保從發射機發射的混合信號在一個接收機或多個接收機處頻率對齊。在步驟514中，混合信號準備好通過天線410A、410B進行發射。
在閱讀了上面的描述以後，相關領域的技術人員將會清楚地理解用其他的實施例是如何實現本發明的。V.用多個導頻信號進行頻率估算在CDMA接收機中，發射機的載波頻率通常是用佔據CDMA信道的單個發射機的導頻信號例子估算的。通常要求使發射信號的功率最小。然而，在CDMA系統中頻率跟蹤的難度由於使用低功率的導頻信號而加大。本發明的特點是它使得共享CDMA信道的多個發射機的多個導頻信號可以估算發射機的載波頻率。(正如上文中所指出的那樣，共享CDMA信道的發射機的載波頻率是對齊的。另外，因為共享發射機的載波相位不要求是對齊的，所以，每一發射機發射一單獨的導頻信號，使得能夠進行相干解調。)圖6中示出了採用多個導頻信號來獲得所接收的QPSK信號的載波頻率估算的自動頻率控制環路600的電路方框圖。圖6中示出的電路包含天線602、循環器604、PN去擴展器606、沃爾什去多路復用器608、相干導頻濾波器610(610A-610N)、頻率誤差信號發生器612(612A-612N)、加法器614、環路濾波器616和電壓控制的振蕩器(VCO)618。
圖7中示出描述自動頻率控制環路600的運行的流程圖。下面參照圖6和圖7詳細描述自動頻率控制環路600的運行。
參照圖7，在步驟702中，在天線602處接收包含從共享CDMA信道的多個發射機發射的信號的混合信號。在步驟704中，循環器604將接收的混合信號下轉換成基帶的信號。在步驟706中，基帶信號用PN碼在由PN去擴展器606在恰當時間偏移處去擴展。在步驟708中，經去擴展的基帶信號由沃爾什去多路復用器608被去多路復用成單獨的沃爾什信道A至N。在合成的沃爾什信道中有一個用於共享CDMA信道的每一個發射機的導頻信道。在步驟710中，每一導頻信道由相干導頻濾波器610A-N濾波，這些濾波器還可以包括集中-轉儲功能(integrate-and-dump function)。
在步驟712中，每一誤差信號發生器612A-N計算與每一導頻信號的頻率誤差成正比的項。在一典型的或較佳實施例中，頻率誤差信號是通過對同相I信道和正交Q信道，在代表導頻信號的當前取樣和該導頻信號的前一取樣的矢量之間取叉積來計算的。對於當前導頻取樣Ik、Qk和先前導頻取樣Ik-1、Qk-1，合成頻率誤差由Ik-1Qk-Qk-1Ik給出。誤差信號可以是正的，也可以是負的；一個為零的誤差信號表示沒有頻率誤差。
在步驟714，由加法元件或加法器614將所有導頻信號的頻率誤差信號組合起來。在步驟716中，由環路濾波器616對混合誤差信號濾波。在步驟718中，由VCO618將經濾波的誤差信號轉換成相位估算。在步驟720中，將相位估算施加到循環器604，以調整接收的混合信號的相位。VI.結論在上文中描述了本發明的各種實施例以後，應當指出，這些實施例僅是舉例而非限定性的。所以，本發明的保護寬度和範圍不應當由上述實施例來限定，而應當僅按照下面的權利要求及其等效來限定。
權利要求
1.一種使多個發射機能夠在具有多個發射機的CDM通信系統中共享單一CDM信道的方法，每一所述發射機具有發射數據信號的至少一個通信信道，其特徵在於，所述方法包含下述步驟以預定的方式將預定的正交信道化碼組分配到多個發射機；以及用所述正交信道化碼使所述數據信號中的每一個信道化，以產生一信道化的數據信號。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述正交信道化碼是沃爾什函數。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，不存在同時將一個沃爾什函數分配到一個以上的發射機。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，它還包含用至少一個PN碼對所述信道處理的數據信號進行擴展以產生一擴展用戶信號的步驟。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，一個PN擴展碼被分配到多個發射機。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，它還包含在發射之前對所述擴展數據信號進行加和以產生一個混合信號的步驟。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，在發射之前對每一發射機的所述混合信號進行預校正，從而在接收時，所述混合信號的所述PN擴展碼是時間對齊的。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，在發射之前對每一發射機的混合信號進行預校正，從而在接收時，所述混合信號是頻率對齊的。
9.如權利要求1所述的方法，所述CDM通信系統包含每一數據信號是一用戶信號的無線擴展譜CDMA通信系統，並且所述信道化的所述步驟包含用所述正交信道化碼來使所述用戶信號中的每一個信道化以產生一信道化的用戶信號。
10.一種具有多個發射機的CDM通信系統，每一發射機發射共享一個CDM信道的至少一個數據信號，其特徵在於，每一發射機包含至少一個載有所述數據信號中的一個的信號處理路徑；以及將每一數據信號與不同的正交信道化碼組合的乘法器裝置。
11.如權利要求10所述的系統，其特徵在於，所述正交信道化碼是沃爾什函數。
12.如權利要求11所述的系統，其特徵在於，在一公共運行時間周期上，不存在將沃爾什函數分配到一個以上的發射機的情況。
13.如權利要求12所述的系統，其特徵在於，所述信號處理路徑中的每一個還包含與所述乘法器裝置耦連、用至少一個PN擴展碼擴展由所述乘法器產生的信號的擴展器。
14.如權利要求13所述的系統，其特徵在於，一個PN碼被分配到多個發射機。
15.如權利要求14所述的系統，其特徵在於，它還包含一個加法器，所述加法器與所述信號處理路徑耦連，用來在發射前對在每一發射機處由所述信號處理路徑產生的信號進行加和。
16.如權利要求15所述的系統，它還包含一個時間預校正器，所述時間預校正器與所述加法器耦連，用來將由所述加法器產生的信號進行預校正，從而在接收時多個發射機的發射信號的PN碼在時間上對齊。
17.如權利要求16所述的系統，其特徵在於，它還包含一頻率預校正器，所述頻率預校正器與所述時間預校正器耦連，用來對所述時間預校正器產生的信號進行預校正，從而在接收時對齊多個發射機的發射信號的載波頻率。
18.如權利要求13所述的系統，其特徵在於，所述擴展器是一QPSK擴展器，並且所述至少一個PN碼包含一對正交PN擴展碼。
19.如權利要求10所述的系統，其特徵在於，所述CDM通信系統包含每一所述數據信號是一用戶信號的無線擴展譜CDMA，其中，所述至少一個信號處理路徑載有一個所述用戶信號，並且所述乘法器裝置使每一用戶信號與不同的正交信道化碼組合起來。
20.一種具有多個發射機的CDM通信系統，每一發射機發射至少一個共享單個CDM信道的數據信號，其特徵在於，所述通信系統包含多個發射機，每一發射機包含以預定方式將一組正交信道化碼分配到多個發射機的裝置；以及用所述正交信道化碼中的一個使所述數據信號中的每一個信道化以產生一信道化的數據信號的裝置。
21.如權利要求20所述的系統，其特徵在於，所述正交信道化碼是沃爾什函數。
22.如權利要求21所述的系統，其特徵在於，不存在同時將一個沃爾什函數分配到一個以上的發射機的情況。
23.如權利要求22所述的系統，其特徵在於，它還包含用至少一個PN擴展碼來擴展所述信道化信號以產生一擴展信號的裝置。
24.如權利要求23所述的系統，其特徵在於，一個PN碼被分配到多個發射機。
25.如權利要求24所述的系統，其特徵在於，它還包含在發射前使所述擴展信號加和以產生一混合信號的裝置。
26.如權利要求25所述的系統，其特徵在於，它還包含在發射前對每一發射機的所述混合信號進行預校正從而在接收時所述混合信號的所述PN碼是時間對齊的裝置。
27.如權利要求26所述的系統，其特徵在於，它還包含在發射前對每一發射機的所述混合信號進行預校正從而在接收時所述混合信號是頻率對齊的裝置。
28.如權利要求20所述的系統，其特徵在於，所述通信系統是一CDMA擴展譜通信系統，並且所述數據信號是共享一個CDMA信道的用戶信號，所述信道化的裝置包含用所述正交信道化碼中的一個使所述用戶信號中的每一個信道化以產生一信道化的用戶信號的裝置。
29.如權利要求20上述的通信系統，其特徵在於，它還包含接收至少兩個共享單個信道的用戶信號作為一組合信號的裝置；相對於至少一個預定PN擴展碼使所述接收信號去擴展的裝置；相對於預選的正交信道化碼使所述混合信號去多路復用成多個單獨的數據信號的裝置；相干濾出與所述單獨的數據信號對應的至少兩個導頻信號中的每一個的裝置；從所述導頻信號中的每一個中產生一誤差信號的裝置；以及對合成的誤差信號進行加和的裝置。
30.如權利要求29所述的通信系統，其特徵在於，它還包含在去多路復用前，將接收的擴展譜信號下變換成基帶頻率的循環(rotation)裝置；對已加和的合成誤差信號進行濾波的裝置；以及響應於經濾波加和的誤差信號來調整所述循環裝置的運行的裝置。
31.如權利要求29所述的通信系統，其特徵在於，產生誤差信號的所述裝置包含在每一導頻信號的當前取樣及其先前取樣之間形成叉積的裝置。
32.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，它還包含下述步驟接收共享一個信道的至少兩個用戶信號作為組合信號；相對於至少一個預定PN擴展碼，對所述接收信號進行去擴展；相對於預選的正交信道化碼，將所述混合信號去多路復用成多個單獨的數據信號；相干濾出與所述單獨信號對應的至少兩個導頻信號中的每一個；從所述濾波導頻信號的每一個中產生一誤差信號；以及對合成的誤差信號加和。
33.如權利要求32所述的方法，其特徵在於，它還包含下述步驟在進行去多路復用前通過循環將接收的擴展譜信號下變換成基帶頻率；對經加和的誤差信號進行濾波；以及響應於經濾波的加和誤差信號調整所述下變換。
34.如權利要求33所述的方法，其特徵在於，產生誤差信號的所述步驟包含在每一導頻信號的當前取樣和前一取樣之間形成叉積。
35.一種自動控制具有多個共享單個CDM信道的多個發射機的CDM通信系統中的頻率的方法，每一發射機具有發射數據信號的至少一個通信信道，其特徵在於，所述方法包含下述步驟以預定的方式將預定的正交信道化碼組分配到多個發射機；用一個所述正交信道化碼使所述數據信號中的每一個信道化，以產生一信道化的數據信號；接收至少兩個共享一個信道的用戶信號，作為組合信號；相對於至少一個預定的PN擴展碼，去擴展所述接收信號；相對於預選用戶正交碼，將所述混合信號去多路復用成多個單獨的數據信號；相干濾出與所述單獨信號對應的至少兩個導頻信號中的每一個；從所述濾波導頻信號中的每一個產生一個誤差信號；以及對合成誤差信號進行加和。
36.如權利要求35所述的方法，其特徵在於，它還包含下述步驟在去多路復用之前，通過循環將接收的擴展譜信號下變換成一基帶頻率；對經加和的合成誤差信號進行濾波；以及響應於經濾波加和的誤差信號調整所述下變換。
37.一種在具有多個共享單個CDM信道的多個發射機的CDM通信系統中進行自動頻率控制的裝置，每一發射機發射至少一個數據信號，其特徵在於，所述裝置包含以預定的方式將正交信道化碼組分配到多個發射機的裝置；用所述正交信道化碼中的一個使所述數據信號中的每一個信道化以產生一信道化的用戶信號的裝置；接收至少兩個共享一個信道的用戶信號作為組合信號的裝置；相對於至少一個預定的PN擴展碼去擴展所述接收信號的裝置；相對於預選正交信道化碼將所述混合信號去多路復用成多個所述單獨的數據信號的裝置；相干濾出與所述單獨數據信號對應的至少兩個導頻信號中的每一個的裝置；從所述導頻信號中的每一個產生一個誤差信號的裝置；以及對合成誤差信號進行加和的裝置。
全文摘要
一種用正交波形使多個發射機(400)能夠共享一個碼分多路復用(CDM)或碼分多址(CDMA)信道的系統和方法。產生一組正交信道化碼W
文檔編號H04J13/04GK1190510SQ97190483
公開日1998年8月12日 申請日期1997年4月1日 優先權日1996年4月2日
發明者阿夫尼虛·阿格瓦, 布雷恩·K·巴特勒 申請人:誇爾柯姆股份有限公司