生成複數偽隨機序列以便處理碼分多址信號的方法和系統的製作方法

2023-12-08 16:22:31 1

專利名稱：生成複數偽隨機序列以便處理碼分多址信號的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及無線通信系統，更具體地涉及一種使用複數偽隨機序列處理碼分多址信號的方法和系統。
在用於發射調製射頻信號的功率放大器中，希望處理具有低峰值對平均值比的輸入信號。不希望高峰值對平均值比，因為當一個尖峰信號使功率放大器工作在其工作特性的非線性段時，功率放大器產生額外邊帶。當一個具有大幅值波動的信號通過時，這些額外邊帶由一種稱為AM至PM轉換及PM至AM轉換的機理所產生。此外，這些邊帶剝奪它們的轉發器功率中一部分的信息信號，同時還幹擾鄰近信道(相鄰信道幹擾)。
在使用四相移相鍵控(quartenary phase shift keying，QPSK)的通信系統中，信號相位可以是每個移相期間內四個相位中的任何一個。這示於

圖1中信號空間圖中，其中相位30示出群集(constellation)點32-38中的一點32的相位。躍遷(transition)40-46闡述移相時期之間允許的相位變化。參考數字40處顯示零度躍遷。參考數字42和44處顯示π/2弧度或90°躍遷，及參考數字46處顯示180°或π弧度躍遷。
在碼分多址(CDMA)系統例如根據美國國家標準學會(ANSI)J-STD-008實施的CDMA系統中，使用一個偽隨機噪聲(PN)序列將用戶數據擴展和調製，該偽隨機噪聲是周期的和具有類似噪聲特性。例如，參照圖2，在直接序列QPSK發射機60中，實數的用戶數據62被分成兩路並由乘法器68和70分別乘以2個PN序列一個PNI序列64和一個PNQ序列66。這些PN序列分別由PNI序列和PNQ序列發生器72和74生成。這些PN序列發生器的輸出持續時間可以稱為碼片(chip)時間或碼片期間，它是直接序列調製的信號中單個脈衝的持續時間。
在用戶數據62的同相分量(I)和正交分量(Q)已經乘以PNI序列64和PNQ序列66之後，乘法器68和70輸出的信號中的每一個都單獨地由脈衝整形濾波器76濾波。脈衝整形濾波器76可以用將較高頻率分量從信號中濾去的有限脈衝響應濾波器實施。
其次，使用乘法器82將過濾的I和Q分量乘以正交載波分量78和80以便產生I和Q射頻(RF)信號84和86。然後信號84和86在加法器88中相加。加法器88的輸出量是RF調製的信號90，它然後由功率放大器92放大。功率放大器92的輸出量然後送至天線94以將信號發射至接收單元。
如圖2中所示，通常由最大長度線性反饋N位移位寄存器實施PN序列發生器72和74，其中所選各級抽頭與移位寄存器輸出量進行「異」運算以便形成一個反饋回至移位寄存器輸入端的信號。也可使用其他實施PN序列的方法。例如，可以使用非線性反饋移位寄存器以輸出PN序列。
PNI和PNQ發生器72和74輸出量的組合可看作是一個對應於相位的複數值。例如，再參照圖1，如PNI等於1和PNQ等於1，則複數PN值(1，1)對應於相位30，及π/4弧度。複數PN發生器的其他輸出值對應於群集點34-38。自一個群集點至另一點的躍遷40-46由先前複數PN碼片與下一個碼片時間內由複數PN序列發生器生成的下一個複數PN碼片之間的差別所確定。
當RF調製的信號90出現尖峰而使功率放大器92工作在非線性區域中時，在發射的信號中出現額外邊帶。可以減少RF調製的信號90中尖峰的出現而消除這些邊帶信號，因此希望減少峰值對平均值比。
RF調製的信號90中出現的尖峰是在脈衝成形濾波器76中接收與脈衝成形濾波器76的脈衝響應高度地相關的碼片值序列的結果。此外，當在脈衝成形濾波器76的I和Q信道兩者內同時形成尖峰時，信號90的尖峰更大。
在現有技術中，使用π/2BPSK調製來減少送至功率放大器的信號中的峰值對平均值比。然而，π/2BPSK調製產生不好的BPSK擴展(spreading)，因為不容易抑制來自其他用戶的信號。
另一方面，QPSK擴展能夠很好地提供對用戶信號之間的抑制，但產生一個不好的峰值對平均值比。有關擴展方法的更詳細的討論，見由Andrew J.Viterbi所寫的書「CDMA擴頻通信原理」(由Addison Wesley在1995年出版)，第26-32頁。
因此很清楚，需要一種改進的方法和系統，用於為處理一種碼分多址信號而生成一個複數偽隨機序列，其中該複數偽隨機序列有助於減少調製的通信信號的峰值對平均值比。
在所附權利要求中定義了被認為是本發明特點的新特徵。然而可以結合附圖參照閱讀以下示例性實施例的詳細說明而很好地理解本發明本身以及使用的優選實施例，進一步的目的及其優點，附圖中圖1示出根據現有技術的QPSK信號空間圖；圖2是根據現有技術的方法和系統的直接序列擴頻調製器；圖3是用於生成一個根據本發明的方法和系統的複數偽隨機序列的方法和系統的直接序列擴頻調製器；及圖4是示出了用於生成一個根據本發明的複數偽隨機序列的方法和系統的高層邏輯流程圖。
現參照附圖，具體地參照圖3，其中示出了用於生成一個根據本發明的方法和系統的複數偽隨機序列的方法和系統的直接序列擴頻發射機。如所闡述的，直接序列QPSK發射機110接收實數值數據62，後者被分成兩路並根據本發明乘以2個PN序列。雖然根據本發明生成PN1和PNQ序列112和114是新的，但發射機的許多其餘部件按照以上所述方式操作。例如，乘法器68和70的操作與參照圖2所描述的方式相同。類似地，脈衝成形濾波器76用於從來自乘法器68和70的輸出信號中濾去高頻分量。然後在乘法器82中使用正交載波分量78和80將I和Q信號調製。I和Q的RF信號116和118在加法器88中相加以便產生RF調製的信號120，它然後由功率放大器92放大及送至天線94以將信號發射至接收單元。注意到信號116、118和120是新的，因為它們已根據本發明使用新複數PN序列修改過。
在優選實施例中，從C1和C2序列發生器130和132開始生成改進的複數偽隨機序列，C1和C2序列發生器可以用基本與圖2中所示PN1和PNQ序列發生器相同的方式實施。在任何給定碼片時間期間序列發生器130和132的輸出量具有值C1和C2。信號C1和C2兩者都連至最後相位寄存器134，並同時輸入至乘法器136的一側。最後相位寄存器134將C1和C2的值轉換為相角並將這一相角存儲一個碼片的時間。自最後相位寄存器134輸出的最後相位信息連至相位調整器138，它也從PN1序列發生器130接收C1的現有碼片值。如圖4中所示，相位調整器138是一個+/-90度相位調整器，其中根據C1的現有值判定是加還是減90度。在相位調整器138的一個實施例中，從最後相位寄存器134的輸入相位中推導所得的C1或C2中任何一個的符號是根據C1現有值是+1還是-1而改變。可以根據接收機中確定的或預設的任何序列來控制相位調整器138中是加相位還是減相位。
如圖所示，相位調整器138的輸出端PN1和PNQ連至乘法器136的輸入端。
從乘法器136輸出的值根據來自碼片選擇器140的信號從兩對輸入量中選擇。碼片選擇器140由一個對於PN1序列發生器和PNQ序列發生器兩者都公共的時鐘信號控制時序，其中時鐘周期是一個碼片時間。在一個優選實施例中，碼片選擇器140促使乘法器136每隔一個碼片時間選擇相位調整器138的輸出量。當相位調整器138的輸出量不被選中時，即從乘法器136輸出C1和C2的未修改的現有值。因此，在優選實施例中，每隔一個碼片時間使下一個複數PN碼片的相位與先前複數PN碼片的相位相差90度。
作為乘法器136的輸出量的PN1和PNQ序列112和114分別連至乘法器68和70，並且用於處理或擴展一個攜帶用戶數據62的碼分多址信號。
現在參照圖4，它是一個用於闡述一個用於生成根據本發明的複數偽隨機序列的方法的高層流程圖。如圖所示，過程於方框200處開始，並隨後進至方框202，其中過程存儲一個現有PN碼片相位。這可通過將C1和C2的現有值轉換為其中C1和C2具有+/-1的值的相位而實施。
其次，過程判定是否應將下一個碼片的相位變化限制於預定相位角，如方框204所示。如下一個碼片不選為其相位變化將受限制的碼片，則過程從複數PN序列發生器的輸出量中讀取C1和C2，如方框206中所示。過程然後使PN1等於C1和PNQ等於C2，如方框208中所示。最後，過程輸出PN1和PNQ值，如方框210中所示。因為過程沒有選擇此碼片時間來限制下一個PN碼片的相位變化，PN1和PNQ的值即作為下一個PN碼片輸出而不加以改變。
再參照方框204，如下一個碼片選為用於限制其相位變化，則過程取出上一個PN碼片相位，如方框212中所示。其次，過程檢查碼C1並判定它是否等於1，如方框214中所示。如C1等於1，則過程將上一個PN碼片相位加上90度以便計算下一個PN碼片相位，如方框216中所示。然而，如碼C1不等於1，則過程從上一個PN碼片相位中減去90度以便計算下一個PN碼片相位，如方框218中所示。
在對上一個PB碼片相位加上或減去90度以便計算下一個PN碼片相位後，過程將下一個PN碼片相位轉換為PN1和PNQ值，如方框220中所示。此後輸出PN1和PNQ值，如方框210中所示。過程然後遞歸地回至方框202，其中存儲現有PN碼片相位。
雖然本發明生成一個用於處理或擴展在發射機中的CDMA信號的複數PN序列，但此方法和系統必定也能在接收單元中用於處理或解擴展所接收的CDMA信號。因此，熟悉技術的人應該知道CDMA接收機應該也能使用本發明的方法和系統。
已經參照一個發射實數用戶數據62的系統描述了本發明。熟悉技術的人應該知道用戶數據可以是複數數據及乘法器68和70可以用複數方式實施。
熟悉技術的人應該知道使用本發明的複數PN發生器的擴展方案既不是QPSK擴展方案，又不是π/2BPSK擴展方案；使用本發明所產生的擴展方案是混合的，其中所選碼片時間的性能像π/2BPSK擴展方案而其餘碼片時間的性能像QPSK擴展方案。此混合的擴展方案避免π/2BPSK擴展方案的低抑制幹擾的缺點及避免QPSK擴展方案的高峰值對平均值比的缺點。
以上本發明的優選實施例的說明是為闡述和說明的目的而提供的。上述描述不是對本發明的窮盡，也不是將本發明限制於所公開的具體形式。鑑於以上道理，修改和變動是可能的。本實施例被選擇和描述以便提供對本發明原理及其實際應用的最好解釋及使熟悉技術的人能夠將本發明應用於不同實施例中，同時使不同修改適用於設想的具體用途。所有這些修改和變動都屬於由所附權利要求書確定的本發明的範圍之內，該權利要求書根據其公正地、合法地和同等地授權的廣度而得到說明。
權利要求
1．一種在無線通信系統中生成複數偽隨機(PN)序列以便處理碼分多址信號的方法，該方法包括以下步驟在一個複數PN序列發生器中選擇一個碼片時間；及在每個所選碼片時間內，將先前複數PN碼片與下一個複數PN碼片之間的相位差限制在一個預定相位角內。
2．根據權利要求1的生成複數偽隨機序列的方法，其中在複數PN序列發生器中選擇一個碼片時間的步驟進一步包括在複數PN序列發生器中周期地選擇每第N個碼片時間。
3．根據權利要求2的生成複數偽隨機序列的方法，其中N等於2以便在複數PN序列發生器中每隔1個碼片時間選擇1個。
4．根據權利要求1的生成複數偽隨機序列的方法，其中將先前複數PN碼片與下一個複數PN碼片之間的相位差限制在一個預定相位角內的步驟進一步包括將先前複數PN碼片與下一個複數PN碼片之間的相位差限制在90°內。
5．根據權利要求1的生成複數偽隨機序列的方法，其中將先前複數PN碼片與下一個複數PN碼片之間的相位差限制在一個預定相位角內的步驟進一步包括對先前複數PN碼片的相位加上90°或減去90°從而產生下一個複數PN碼片。
6．根據權利要求5的生成複數偽隨機序列的方法，其中對先前複數PN碼片的相位加上90°或減去90°從而產生一個下一個複數PN碼片的步驟進一步包括響應於先前複數碼片值而對先前複數PN碼片的相位加上90°或減去90°從而產生下一個複數PN碼片。
7．根據權利要求5的生成複數偽隨機序列的方法，其中對先前複數PN碼片的相位加上90°或減去90°從而產生一個下一個複數PN碼片的步驟進一步包括根據預先選擇的序列對先前複數PN碼片的相位加上90°或減去90°從而產生下一個複數PN碼片。
8．根據權利要求1的生成複數偽隨機序列的方法，其中在複數PN序列發生器中周期性地選擇一個碼片時間的步驟進一步包括在複數PN序列發生器中周期性地在一串M個連續的碼片時間內選擇N個碼片時間。
9．一種在無線通信系統中生成複數偽隨機(PN)序列以便處理碼分多址信號的系統，該系統包括用於在一個複數PN序列發生器中選擇一個碼片時間的裝置；及用於在每個所選碼片時間內，將先前複數PN碼片與下一個複數PN碼片之間的相位差限制在一個預定相位角內的裝置。
10．根據權利要求9的生成複數偽隨機序列的系統，其中用於在複數PN序列發生器中選擇一個碼片時間的裝置進一步包括用於在複數PN序列發生器中周期地選擇每第N個碼片時間的裝置。
11．根據權利要求10的生成複數偽隨機序列的系統，其中N等於2以便在複數PN序列發生器中每隔1個碼片時間選擇1個。
12．根據權利要求9的生成複數偽隨機序列的系統，其中用於將先前複數PN碼片與下一個複數PN碼片之間的相位差限制在一個預定相位角內的裝置進一步包括用於將先前複數PN碼片與下一個複數PN碼片之間的相位差限制在90°內的裝置。
13．根據權利要求9的生成複數偽隨機序列的系統，其中用於將先前複數PN碼片與下一個複數PN碼片之間的相位差限制在一個預定相位角內的裝置進一步包括用於對先前複數PN碼片的相位加上90°或減去90°從而產生下一個複數PN碼片的裝置。
14．根據權利要求13的生成複數偽隨機序列的系統，其中用於對先前複數PN碼片的相位加上90°或減去90°從而產生一個下一個複數PN碼片的裝置進一步包括響應於先前複數碼片值而用於對先前複數PN碼片的相位加上90°或減去90°從而產生下一個複數PN碼片的裝置。
15．根據權利要求13的生成複數偽隨機序列的系統，其中用於對先前複數PN碼片的相位加上90°或減去90°從而產生一個下一個複數PN碼片的裝置進一步包括用於根據預先選擇的序列對先前複數PN碼片的相位加上90°或減去90°從而產生下一個複數PN碼片的裝置。
16．根據權利要求9的生成複數偽隨機序列的系統，其中用於在複數PN序列發生器中周期性地選擇一個碼片時間的裝置進一步包括用於在複數PN序列發生器中周期性地在一串M個連續的碼片時間內選擇N個碼片時間的裝置。
全文摘要
在一個無線通信系統中,在一個複數偽隨機(PN)序列發生器中選擇一個碼片時間。對於所選碼片時間之後的下一個碼片時間,將選前複數PN碼片與下一個複數PN碼片之間的相位差限制於預先選擇的相位角內。在一個實施例中,每隔一個碼片時間選擇一個及預先選擇的角度為90度。
文檔編號H04L27/18GK1284226SQ98813292
公開日2001年2月14日 申請日期1998年12月29日 優先權日1998年1月24日
發明者尼古拉斯·威廉·惠尼特, 萊爾德·凱文·米切爾 申請人:摩託羅拉公司