接收具有窄帶幹擾的擴頻信號的製作方法
2023-06-22 04:59:31
專利名稱：接收具有窄帶幹擾的擴頻信號的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於接收包括來自多個源的混合信號的信號，該多個源處兩個信號源使用彼此不同的編碼方案。特別地，本發明涉及用於接收還包括不希望的窄帶信號的擴頻信號的接收機，例如無線信號，其包括來自使用移動通信特別研究組(GSM)的ETSI標準編碼的信號源和來自使用碼分多址(CDMA)編碼的信號源的混和信號。
背景技術：
需要使用射頻頻譜的系統和服務的需求最近已經遠遠勝過對現有系統的容量的需求。這意味著未來的系統必須提供顯著改良的頻譜效率。已經提出的一個技術是允許寬帶擴頻信號與傳統的窄帶信號共享一個通用頻譜。
擴頻信號利用一個在必需的最小頻帶寬度之外的帶寬來發射信號中的信息。一種產生擴頻信號的方法已知為偽隨機噪聲調製(或者直接序列調製)。利用發射機處的擴展碼來擴展信號頻譜。相應的接收機使用相同的碼來解擴該頻譜。用於解擴該頻譜以便再生原始數據信號的技術具有擴展與該發射機使用的該擴展碼沒有相互關係的任意其他信號頻譜的效果。在此，正如通常的，來自不同的源(使用不同的碼)的好幾個寬帶信號共享相同的頻譜，這個技術已知為碼分多址(CDMA)。
與發射的寬帶信號比較，發射的窄帶信號通常具有一個大功率的頻譜密度。在窄帶信號接收機中，寬帶信號在窄帶信號中產生幹擾。同樣，一旦擴展頻譜接收機已經將組合接收的信號解碼，則窄帶信號在解碼的擴頻信號中引起幹擾。
一種已經被用於減少窄帶信號和寬帶信號之間的幹擾的方法，是利用擴頻發射機和接收機中的相對應的濾波器來衰減由窄帶信號使用的那些頻率。擴頻發射機中的陷波濾波器減少窄帶信號中的來自寬帶信號的幹擾。在擴頻接收機中的相應的陷波濾波器在對頻譜進行解擴以便解碼該擴頻信號之前，衰減窄帶信號使用的頻率。
使用此類技術來減少相交信號幹擾存在一些問題。為了把窄帶信號使用的帶外的衰減濾波器去除的信號最小化，需要具有非常銳截止的濾波器。
可是，在一個諸如GSM蜂窩網之類的系統中，相鄰的單元具有使用不同頻率的發射機。因此，根據哪個發射機正在使用的不同頻帶，需要接收該不同頻帶的接收機。需要用來衰減這些窄帶頻率的濾波器必需是可編程的。利用應用高位有限脈衝響應(FIR)濾波器使用的數字硬體，可以很容易地獲得可編程的濾波器。此類濾波器當前僅僅工作在最多幾十兆赫的最大值的信號上，所以在基帶上實現此類濾波器是很方便的。
Milstein和Schilling.「CDMA重疊概念」，有關擴頻技術以及使用的國際討論會1996，披露了利用陷波濾波器的擴頻發射機和接收機。該接收機在基帶同時執行濾波與解擴。
在衰減由窄帶信號使用的那些頻率之前，信號的任意非線性畸變意味著窄帶頻率範圍中的任意信號引入那個範圍之外的噪聲。典型情況下，窄帶信號的功率譜密度是比寬帶信號的功率譜密度高几十dB。在射頻接收機和濾波器之間的任何組件必須具有一個非常大的動態範圍以便使由此類非線性畸變引入到保持帶寬信號中的噪聲最小化。
如果非線性編碼方法用於增加此類組件的動態範圍，那麼對於低電平寬帶信號存在有分辯問題。
因此，利用衰減濾波器的已知系統的問題是在基帶上執行濾波，這就在濾波步驟之前需要具有非常大的動態範圍的組件，但是使用當前可用的數字可編程濾波器在高頻上濾波是不可能的。
發明內容
按照本發明，提供一種用於對擴頻信號進行解碼的設備，包括產生用於對信號的頻譜進行解擴的解擴信號的裝置；使用該解擴信號用於對信號頻譜進行解擴的裝置；和用於對信號進行下變頻以便產生一個較低頻率的信號；用於衰減信號的預確定頻率的裝置；其中，在下變頻之前連接解擴裝置以便對擴頻信號進行解擴和在下變頻之前連接衰減裝置以便衰減擴頻信號的預確定頻率。
較好地，接收信號是一個包括擴頻信號分量和一個含有窄帶信號分量的複合信號，其含有比擴頻信號分量更高的功率頻譜密度而衰減頻率是當前存在於窄帶信號分量中的那些頻率。作為選擇，使用偽噪聲碼來解擴該頻譜。
有利地，連接衰減裝置以便衰減解擴信號的預確定頻率並連接所得到的鋸齒狀的解擴信號以便同時解擴該擴頻信號並衰減該擴頻信號的預確定頻率。
按照本發明的另外一個方面，提供一種用於對擴頻信號進行解碼的裝置，包括產生用於對信號頻譜進行解擴的解擴信號的裝置；和連接衰減裝置來衰減該解擴信號的預確定頻率以便提供一種鋸齒狀的解擴信號；其特徵在於該設備更進一步包括連接混頻裝置以便將鋸齒狀的解擴信號與來自本機振蕩器的信號混頻以便提供上變頻鋸齒狀的解擴信號；和連接混頻裝置以便將上變頻鋸齒狀的解擴信號與該擴頻信號混頻。
按照本發明的另外一個方面，提供一種用於對已經通過傳輸信道傳輸的擴頻信號進行解碼的裝置，所述信號包括一個希望的擴頻信號分量和一個不希望的窄帶信號分量，利用具有糾錯能力的編碼方案已經對該窄帶信號編碼，包括一個窄帶信號減法器的所述裝置包含按照該窄帶信號編碼方案用於對該複合信號進行解碼和校正以便提供該窄帶信號的解碼版；用於估計傳輸信道的幅度和相位特性的裝置；按照窄帶信號編碼方案用於對該解碼校正信號進行編碼以便產生估計窄帶信號的裝置；按照估計的幅度和相位特性，用於調整該估計窄帶信號的相位和幅度的裝置；和用於從接收的複合信號中去掉調整的信號以便提供該擴頻信號分量的估計的裝置。
較好地，該窄帶編碼方案還可以檢測不可校正的錯誤而且在其中，緊接著無法校正的錯誤的檢測之後，安排解碼裝置以便抑制所述去除。
在另外一個實施例中，還包括相應於窄帶信號分量用於衰減信號頻率的裝置，其中，緊接著不可校正的錯誤的檢測之後安排解碼裝置以便使衰減裝置被利用。
同時也提供用於解碼擴頻信號的相應的方法。
將僅僅通過例子參考附圖描述本發明的實施例，在此圖1表示大功率頻譜密度窄帶信號和小功率譜密度寬帶信號的載幹比；圖2表示利用陷波濾波器以便衰減傳輸的寬帶信號中的一些頻率的已知的複合信號發射機的方框圖；圖3a表示一個傳統的擴頻信號接收機的方塊圖；圖3b表示具有抑制濾波器以便衰減接收的寬帶信號中的一些頻率的已知擴頻信號接收機的方框圖；圖4表示使用七比特偽噪聲碼編碼的數據信號；
圖5表示在下變頻之前對信號進行解擴的可能的接收機結構；圖6表示在信號的下變頻之前利用陷波濾波器來衰減接收信號的預確定頻率的一個假定的接收機；圖7表示按照本發明的一個實施例，下變頻之前將信號的解擴和濾波合併的一個接收機；圖8表示按照本發明的實施例的合併的解擴和濾波裝置；圖9表示按照本發明的實施例的合併的解擴和濾波裝置；圖9a表示按照本發明的另外一個實施例的合併的解擴濾波和下變頻裝置；圖10表示表示按照本發明的實施例的一個具有窄帶信號減法器的接收機；圖11表示一個詳細的窄帶信號減法器；圖12表示如果檢測到不可校正的錯誤則沒有去掉估計的窄帶信號的一個更複雜的窄帶信號減法器；和圖13表示本發明的一個實施例，其中，如果檢測到不可校正的錯誤，則沒有去掉估計窄帶信號，並且其中，在這些情況下使用一個陷波濾波器。
具體實施例方式
圖1表示發射窄帶信號2的窄帶信號發射機1和發射寬帶信號4的寬帶發射機3。該寬帶發射機和該窄帶發射機連接到加法器5。在加法器5處該寬帶信號和該窄帶信號相加以便產生複合信號6a當然，可以在不同的位置使用不同的發射機，至於本發明關心的效果是完全相同的。該複合信號由寬帶信號解碼器8接收，在此對信號進行解碼產生一個新的複合信號9。由解碼器對原始的寬帶信號4的頻譜解擴產生該新的複合信號9的一個解碼信號分量4』，而對原始的窄帶信號2的頻譜進行擴展以便產生該新的複合信號9的一個新的分量2』。該新的複合信號9具有解碼的寬帶信號4』的載幹比10。
至於所關心的窄帶信號，複合信號6具有載幹比7。為了增加窄帶信號2的載幹比7，可以在寬帶信號發射機3中插入一個陷波濾波器以便衰減由該窄帶信號使用的頻率。如此一個陷波濾波器將降低寬帶信號向窄帶信號引起的幹擾。圖2表示一個已知的寬帶信號發射機15，包括連接到陷波濾波器12的編碼器11，該陷波濾波器依次連接到調製器16和上變頻器17上。該陷波濾波器12用於濾除寬帶信號13以便產生一個在加法器5處與窄帶信號2求和之前調製的並進行上變頻的鋸齒狀信號14。此外，如果使用位於不同的位置的不同的發射機，則對本發明不存在實質性的影響。
為了增加解擴的寬帶信號4的載幹比10，可以在寬帶信號解碼器8中插入一個陷波濾波器來衰減窄帶信號使用的頻率。圖3a表示傳統的擴頻信號接收機的方框圖，其包括連接到寬帶信號解碼器8的接收機放大器23，該寬帶信號解碼器8包括連接到解調器19的下變頻器18，依次，該解調器19連接到解擴器21a當然，解調可以在解擴之前或解擴之後發生。圖3b表示寬帶信號解碼器30的另外一個實施例，其中在解擴器21之前使用一陷波濾波器20。為了把從寬帶信號中去除的頻譜最小化，需要一個具有非常銳截止的陷波濾波器。
一種對數據信號進行編碼以便產生擴頻信號的方法，是將信息位截斷為時間的較小增量，其已知為『碼片chip』。通過將偽噪聲碼加入到數據信號上來產生這些碼片。圖4表示使用七比特偽噪聲碼編碼的數位訊號。在實際的實施中，偽噪聲碼將比這個長許多。根據特殊的數學性質選擇偽噪聲碼，該特殊的數學性質使編碼信號多少產生類噪聲。一個知道哪一個偽噪聲碼已經加到數據信號上的相應的解碼器用於解擴擴頻信號的頻譜以便重現原始數據信號。
如圖3a所示，在基帶處對信號進行解擴的缺點是由下變頻器18或解調器19加到信號上的任何噪聲都將引起幹擾。如圖5所示，理論上在下變頻之前就對接收的信號解擴是可能的。在寬帶信號解碼器31中僅僅解擴信號9(參見圖1)的窄帶中的噪聲將引起幹擾，因為解擴信號具有更高的功率譜密度，此類幹擾的結果將比原始的寬帶信號小。可是，如圖3b所示，解擴步驟之前需要一個抑制濾波器，以便減少來自窄帶信號2(參見圖1)的幹擾，而且，目前操作在所需的高頻處的、具有非常銳截止的可編程數字陷波濾波器是不可能實現的。
在進行下變頻和解調之前執行濾波也將是有利的，因為那樣的話，僅僅在濾波器之前處理該信號的組件需要大的動態範圍以便避免由於非線性引入的噪聲。圖6表示這樣的一個接收機的假定結構，可是，正如前面提到的那樣，這樣一個結構不能使用在當前可用的硬體中的可編程數字濾波器獲得。如果難操作，則利用類似濾波器的設備，從一組可用的濾波器選擇需要的濾波器是可能的。
圖7表示擴頻信號接收機的方框圖，其中信號的解擴和濾波一起執行。這樣一個設備具有如上所述的兩個優點，即減少的噪聲帶寬和需要大動態範圍的唯一組件僅是接收機放大器23。組件裝置可以如圖8所示來實現。在這裡，在基帶處由數字可編程陷波濾波器26將PN代碼發生器27產生的PN碼在基帶進行濾波。然後，濾波的PN碼利用混頻器25用於對輸入信號進行解擴，從而在接收頻率處，同時獲得輸入信號的解擴和濾波。該信號在混頻器25混頻之後，由帶寬濾波器35進行濾波並由放大器36放大。
圖9表示利用當前可用的硬體可以實現的改進設備。對於圖8的混頻器是必需的、被優化以便操作高頻和低頻輸入的混頻器，通常需要一個大功率高頻信號。可是，在如圖8所示的實施例中，高頻信號是來自天線的低功率信號。在如圖9所示的實施例中，兩個混頻器28和29和一個本機振蕩器34替換了混頻器25。因此，混頻器28接收來自本機振蕩器34的大功率信號，其與從陷波濾波器26接收的濾波PN碼混頻。然後將大功率信號與從天線放大器23接收的低功率信號混頻。在這個設備中同時將濾波的接收信號進行下變頻並解擴，以便可以省略下變頻器18或者，如果另外需要下變頻，則可以保留下變頻器18。混頻器28和混頻器29可以用單個混頻器替換。
在如圖9所示的設備中，由混頻器28產生的信號關於中心頻率(Fc)對稱，並具有在Fc±由衰減陷波濾波器26衰減的頻率的兩個衰減頻率範圍。這樣的結果是，去除了比必要的頻譜數量多兩倍的頻譜數量。如果使用如圖9a所示的另外的上變頻級50，51，則PN碼被上變頻到陷波濾波器28的工作範圍的中頻上，以使混頻器28產生的信號只具有衰減頻率的一個範圍。
圖10表示用於對複合信號進行解碼的另外一個接收機39的方框。圖，該複合信號包含已經利用具有某種糾錯能力的編碼方案進行了編碼的高功率窄帶信號分量以及一個低功率擴頻信號分量。在對擴頻信號分量進行解擴之前窄帶信號減法器40除去大功率窄帶信號分量。在窄帶信號減法器40中，按照窄帶信號編碼方案對複合信號進行解碼，由於低電平擴頻信號引入到窄帶信號的任何差錯在這一級被糾正，而且，合成的窄帶信號估計從混頻信號中去掉，導致了一個寬帶信號，該寬帶信號是該傳輸擴頻信號的一個好的估計。清楚地，接收機39對於接收一種信號將是有利的，按照圖2發射機不衰減在該信號中的窄帶頻率範圍內的頻率。
在下交頻和解調之後執行該窄帶信號的去除將是可能的。可是，如果在下變頻和解調之前執行該窄帶信號去除，則存在如先前討論的優點，即僅僅接收機放大器23需要具有大的動態範圍。
圖11表示窄帶信號減法器40的實施例，在此，利用GSM對窄帶信號編碼。通過GSM解調器42解調接收的複合信號。GSM解調器42包括作為必需的前向糾錯和去交錯。在解調糾錯發生期間，就這樣去掉由任何擴頻信號分量引入的一些或者所有的的差錯。然後由GSM調製器44調製該解調校正信號以便產生傳輸的GSM信號的估計。GSM調製器提供必要的前向糾錯比特和去交錯。平行對應於調製和解調步驟，通過GSM信道估算器43處理接收的複合信號。這提供相位和幅度變化的估計和由傳輸信道引入的多徑延遲。由逆均衡器(inverseequaliser)45將這些估計用於調整估計信號的相位和幅度。由減法器46將此調整了的信號從接收的複合信號的延遲中去掉。延遲元件41補償由元件42、44、45和43引入的延遲。利用通常可用的標準GSM微晶片可實現GSM解調器42、GSM調製器44和GSM信道估算器43。利用可編程數字濾波器可以實現逆均衡器45。
實際上，在較低頻率執行逆均衡而不是在接收頻率執行逆均衡可能是必要的，在這種情況下，包括在GSM調製器44中的上變頻將改為在45處執行逆均衡之後實現。
圖12表示改進的窄帶信號減法器40』的方框圖，如果窄帶信號編碼方案可以檢測不可校正的錯誤時可以使用這樣的改進的窄帶信號40』。如果解調器42檢測到一不可校正的錯誤，則輸出50用於控制轉換開關51並且在46處不進行窄帶信號去除。
圖13表示連接到結合解擴和陷波濾波器24」的窄帶信號減法器40」的另外一個實施例的方框圖，該合併的解擴和陷波濾波器24」用改進的接收器代替解擴器21(圖10)。在本實施例中輸出50用於控制繞過(bypass)窄帶信號減法的轉換開關51和用於控制轉換開關.52以便控制是否繞過(bypass)陷波濾波器26。當檢測到不可校正的錯誤時，繞過窄帶信號減法並改為使用陷波濾波器26。
權利要求
1.一種用於對已經通過傳輸信道傳輸的擴頻信號進行解碼的裝置，所述信號包括一個希望的擴頻信號分量和一個不希望的窄帶信號分量，利用具有糾錯能力的編碼方案已經對該窄帶信號編碼，所述裝置包括一個窄帶信號減法器，該窄帶信號減法器包括解調器(42)，用於按照該窄帶信號編碼方案對該複合信號進行解碼和校正以便提供該窄帶信號的解碼版；信道估算器(43)，用於估計所述傳輸信道的幅度和相位特性；調製器(44)，用於按照所述窄帶信號編碼方案對所述經過解碼校正的信號進行編碼以便產生估計的窄帶信號；逆均衡器(45)，用於根據估計的幅度和相位特性調整該估計窄帶信號的相位和幅度；和減法器(46)，用於從所述接收的複合信號中減掉所述經過調整的信號以便提供該擴頻信號分量的估計。
2.根據權利要求1的裝置，該窄帶編碼方案還可以檢測不可校正的錯誤，而且在其中在檢測到不可校正的錯誤之後，還設置解調器以便抑制所述減掉。
3.根據權利要求2的裝置，進一步包括衰減裝置，用於衰減相應於所述窄帶信號分量的所述信號的頻率的裝置，其中，在檢測到不可校正的錯誤之後設置解調器以便使該衰減裝置被利用。
4.一種用於對已經通過傳輸信道傳輸的擴頻信號進行解碼的方法，所述信號包括希望的擴頻信號分量和不希望的窄帶信號分量，該窄帶信號已經利用具有糾錯能力的編碼方案進行了編碼，所述方法包括減掉窄帶信號，包括如下步驟按照該窄帶信號編碼方案對該複合信號進行解碼和校正以便提供該窄帶信號的解碼版；估計該傳輸信道的幅度和相位特性；按照該窄帶信號編碼方案對該經過解碼校正的信號進行編碼以便產生估計窄帶信號；根據估計的幅度和相位特性，調整該估計窄帶信號的相位和幅度；和從接收的複合信號中減掉調整的信號以便提供該擴頻信號分量的估計。
5.根據權利要求4的方法，其中該窄帶編碼方案還可以檢測不可校正的錯誤，而且在其中檢測到不可校正的錯誤之後，省略了減掉窄帶信號的步驟。
6.根據權利要求5的方法，包括衰減相應於所述窄帶信號分量的信號的頻率的可選步驟，其中在檢測到不可校正的錯誤之後執行該衰減步驟。
全文摘要
一種接收機，用於接收還包括有不希望的窄帶信號的擴頻信號，例如，無線信號，其包括來自使用移動通信特別研究組(GSM)的ETSI標準編碼的信號源和來自使用碼分多址(CDMA)編碼的信號源的混合信號。在本發明中，在下變頻之前，耍執行擴頻信號的解擴和擴頻信號的預確定頻率(相應於窄帶信號)的衰減。在對其中包含已經編碼了不希望的窄帶信號的擴頻信號進行解碼的另一個方法中，在解擴擴頻信號之前，利用具有糾錯能力的編碼方案，對該窄帶信號進行解碼、再生並去除。
文檔編號H04B1/10GK1941648SQ20061013732
公開日2007年4月4日 申請日期1999年1月15日 優先權日1998年1月22日
發明者特倫斯·威多森 申請人:英國電訊有限公司