消除擴展頻譜噪聲的方法和設備的製作方法
2023-07-11 05:43:51
專利名稱：消除擴展頻譜噪聲的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用擴展頻譜信號的通信系統，並且特別是涉及了消除通信信道中的擴展頻譜噪聲的一種方法和設備。
一般來說，通信系統旨在將載有信息的信號從位於一地點的信號原發送到位於一定距離以外的另一地點的用戶收信號。一個通信系統通常由三個基本部分構成發送器，信道和接收器。發送器的功能是把信息信號加工處理成適於經信道傳輸的形式。信息信號的這一處理過程稱為調製。信道的作用在於提供發送器輸出與接收器輸入之間的一種物理連接。接收器的功能地處理所接收的信號以產生出原消息信號一種估計。對所接收信號的這一處理稱為解調。
有兩種類型的信道，即點到點式的信道與廣播信道。點到點式的信道的例子有導線線路(例如當地的電話傳輸)，微波鏈和光纖。與此相對的是廣播信道能使得眾多的接收站同時從一個單獨的發送器(例如當地的電視臺或廣播電臺)收到信號。
模擬和數字式傳輸方法都用來通過通信信道發送消息信號。數字式方法的應用顯示了優於模擬方法的幾個工作上的優點，其中包括(但不限於此)增強了抗信道噪聲和幹擾的能力，系統的靈活操作性，用於傳輸不同種類消息信號的通用格式以及通過應用加密而改進了通信的安全性。
這些優點的獲得是以增加傳輸(信道)帶寬和增加系統的複雜性為代價的。通過應用超大規模集成電路技術而發展了建造硬體的成本效能合算的方法。
可用於通過通信信道傳輸消息信號的一個數字式傳輸方法是脈衝碼調製(PCM)。在PCM(脈衝碼調製，下同)中，對消息信號進行取樣，量化，然後進行編碼。取樣操作使得信息信號以按均勻的時間間隔抽取的取樣序列來表示。量化過程將每一取樣幅度修整成選自一表示電平的有限集合中最接近的值。取樣與量化的結合使得一種代碼(例如二進位碼)可用於消息信號的傳輸。數字式傳輸的其他形式應用類似的方法通過通信信道發送消息信號。
當消息信號經一有限帶寬的信道進行數位化傳輸時，不能出現稱為碼間幹擾的一種幹擾形式。碼間幹擾的影響如果不加以控制的話就會嚴重限制數字式數據通過信道進行無差錯傳輸的速度。消除信號間幹擾的影響可通過仔細修整表示二進位信號1或0的傳輸脈衝的形狀來進行。
又為了通過帶通通信信道發送消息信號(不論是模擬式或數字式)，該消息信號必須處理成能夠適宜通過該信道有效傳輸的形式。消息信號的修改是通過稱為調製的過程來達到的。這一過程涉及到按照消息信號來變化載波的某個參數，使得該消息信息被保留而調製波的頻譜仍包含在指定信道帶寬之中。相應地，要求接收器從經過信道傳播之後所發送的信號的衰減形式中重新生成原消息信號。重新生成是通過應用所謂解調過程來完成的，解調是用於發送器中的調製過程的逆過程。
除了為提供有效傳輸之外，進行調製還有其他原因。特別是應用調製可進行多路復用，即通過一個公共的信道同時傳輸來自幾個信息源的信號。而且調製可用來將消息信號變成較少受噪聲及幹擾影響的形式。
一般在通過信道傳播之中，所傳輸的信號由於信道的頻率響應中的非線性和不良而發生失真。其他的衰減源則是在通過信道傳輸的過程中加到所接收的信號上的噪聲與幹擾。噪聲與失真構成了設計通信系統時的兩個基本限制。
存在著各種噪聲源，有系統外的也有系統內的。雖然噪聲在性質上是隨機的，但可藉助其諸如平均功率或平均功率的譜分布這些統計性質加以描述。
在任何通信系統中有兩個主要的通信資源可被利用，即平均傳輸功率與信道帶寬。平均傳輸功率即是所傳輸信號的平均功率。信道帶寬確定了信道可用於以滿意的保真度傳輸信號的頻率範圍。系統設計的總目標即是儘可能有效地利用這兩個資源。在大多數信道中，一項資源可能考慮得比另一項更重要一些。因而我們可把通信信道分為功率受限型或帶寬受限型。例如電話電路是典型的帶寬受限型信道，而高空通信鏈或衛星信道則是典型的功率受限型。
傳輸功率是重要的，因為對於規定了噪聲係數的接收器，它決定了發送器與接收器之間可分離開的距離。換言之，對於規定的噪聲系統的接收器和接收器與發送器之間的規定的距離，可用的傳輸功率決定了接收器輸入的信噪比。因而這就決定了接收器的噪聲性能。除非該性能超過了一定的設計電平。否則消息信號經信道的傳輸才能認為是令人滿意的。
此外，信道帶寬也是重要的;因為對於代表消息信號特徵的所規定頻帶，信道帶寬決定了可通過該信道多路復用消息信號的數量。換言之，對於規定數量的共用該公共信道的獨立消息信號，信道的帶寬決定了可分配給每一信息信號進行無顯著失真傳輸的頻帶。
對於擴展頻譜通信系統，有關的這些領域以一種特別的方式達到了最優。在擴展頻譜系統中應用調製技術是使得所傳輸的信號擴展到一個寬的頻帶上。該頻帶要寬於傳輸正在發送的該信息要求的最小帶寬。例如，話音信號可以只用兩倍於信息本身的帶寬以調幅(AM)的方式發送。其他調製方式，諸如低偏移頻率調製(FM)或單邊帶調幅(AM)。也可使得信息以相當於信息自身帶寬的帶寬進行傳輸。另一方面，一個擴展頻譜系統常利用一個僅數千赫茲帶寬的一個基帶信號(例如一個話音信道)，並將其分布到可能有很多兆赫茲寬的頻帶上。完成這一點是通過以所發送的信息和寬帶編碼信號進行調製。通過應用擴展頻譜調製，一個消息信號可以噪聲功率高於信號功率的信道中傳輸。信息信號的調製和解調提供了使得可從噪聲信道中恢復消息信號的信噪比增益。對於給定的系統其較大的信噪比等同於(1)以低的出錯率傳輸一消息信號所需的帶寬較小，或(2)以低的出錯率通過給定的帶寬傳輸一消息信號所需的平均傳輸功率較低。
有三種常用的擴展頻譜通信技術，它們是·由數碼序列對載波進行調製，數碼序列的位速率大大高於信息信號的帶寬。這樣的系統稱為「直序列」調製系統。
·以代碼序列規定的模式以離散增量作載波頻移。這種系統稱為「跳頻器」。發送器在某個預定集合內從一個頻率跳躍到另一個頻率;頻率使用的順序由代碼序列確定。類似地「時間跳躍」和「時一頻跳躍」具有由代碼序列調節的傳輸時間。
·脈衝調頻或稱「線性調頻脈衝」調製，其中在在給定的脈衝周期中載波在一個寬頻帶的掃描。
信息(即消息信號)可以通過幾種方法嵌入頻譜信號。一種方法是將信息在其用於擴展調製之前加到擴展碼之上。這一技術可用於直序和頻跳系統中。應注意的是要發送的信息在加到擴展代碼上之前必須處於數字式形式。因為通常為二進位代碼的擴展碼的組合涉及到模二加法。或者，信息或消息信號在擴展之前可用來調製載波於是一個擴展頻譜系統必須具備兩個性質所傳輸的帶寬應遠大於要被發送的信息的帶寬或速率，以及(2)除去所發送的信息以外還要有某一功能用來確定產生調製信道的帶寬。
擴展頻譜通信的關鍵涉及到這樣一些技術擴展信號帶寬，傳輸擴展的信號以及通過把所接收的擴展頻譜復原變換成原信息帶寬來恢復所需信號。而且，在進行這一系列帶寬變換過程中，擴展頻譜技術的目的在於能夠使得系統在一個噪聲信號環境中以低的出錯率傳遞信息。
本發明增強了擴展頻譜系統的效能，特別是從噪聲無線通信信道中恢復擴展頻譜信號的碼分多址(CDMA)峰窩無線電話系統的效能。在碼分多址峰窩無線電話系統中，「用戶們」在相同的頻率上並僅由唯一的用戶碼來區分開。在該通信信道中噪聲幹擾電平直接與用戶們產生的幹擾電平加上附加高斯噪聲相關而不是象在其他通信系統中僅僅是由附加高斯噪聲產生。於是全部現用「用戶」的碼噪聲從根本上就限制了同一給定的峰窩區域中以低相關的附加高期噪聲能夠同時使用同一頻帶的用戶數量。本發明減小了用戶碼噪聲的不良影響於是大大增加了可同時由給定的峰窩區域提供服務的用戶數量。
本發明提供了一種擴展頻譜噪聲消除器。對於收到的擴展頻譜信號的第一與第二分量確定相位和振幅。該第二分量結構上類似第一分量，但由於接收時間的不同，沿不同通路傳輸或者說具有不同相位而相區分。此外該擴展頻譜信號包含第一與第二已知信號。在所接收的信號中擴展頻譜噪聲信號的部分的消除是通過以下方法通過在第一分量接收相位處的第一已知信號擴展在第二分量接收相位處的第二已知信號而產生一估計信號，並且調節作為接收的第一和第二分量振幅的函數的第二擴展的已知信號的一種積分形式的增益。繼而通過從所接收的擴展頻譜信號的解調了的形式中減去該估計信號，從接收的擴展頻譜信號中處理出該第二已知信號。
圖1是說明先有技術的擴展頻譜通信系統的框圖。
圖2是說明具有擴展頻譜噪聲消除器的接收器的一個較佳實施例的內部結構的略圖，該噪聲消除器是用於圖1中所示的先有技術的擴展頻譜通信系統中的。
圖3是縮合圖2中所示的較佳實施例的噪聲消除器操作的流程圖。
現參見圖1，該圖表示先有技術的一個擴展頻譜通信系統，基本上如同美國專利NO.5，103，459(1990年6月25日Gilhousen等人申請)中所述，以及「關於用於數字式蜂窩及個人通信網絡的碼分多址(CDMA)的系統設計問題」(作者AllenSalmasi與KleinS.Gilhousen，發表在第41屆IEEE車輛技術大會，1991年5月19-22日，密蘇裡州，聖路易斯，P57-62)中所述。
在先有技術的擴展頻譜通信系統中，業務信道數據位100以特定的位速率(例如9.6千位/秒)輸入到編碼器102。業務信道數據位可能包括由聲碼器轉換成數據的話音，純數據，或是兩類數據的組合。編碼器102卷積式地將輸入數據位100以一個固定的編碼速率將輸入的數據位100編製成數據符。例如，編碼器102將收到的數據位100以1個數據位比2個數據符的速率編碼，而使得編碼器102以19.2千位/秒的速率輸出數據符104。編碼器102通過編碼重複來調節數據位100以可變速率的輸入。這發生在當數據位速率低於編碼器102設計運動的特定位速率時，這時編碼器102重複輸入數據位100使得輸入數據位100以等價於編碼元件設計運行的速率向位於編碼器102中的編碼元件提供。於是不論數據位100以怎樣的速率向編碼器102輸入，編碼器102都在同樣的固定速率輸出數據符104。
然後數據符104輸入到數字復用器106。數字復用器106將輸入的數據符104進行間插。相關數據符的這一間插將把在通信信道138中突發的差錯在時間中展開，於是由解調器178將其作為獨立的隨機差錯來處理。由於通信信道138的記憶隨時間的分離而減少，故間插所隱含的思想即是將一個編碼數據位100的相關數據符104在時間中加以分離(即使之變成獨立無關的)。傳輸模塊中的插入空間由相關於其他已編碼的位100的數據符104充滿。將數據符104在時間中充分地分離就有效地把具有記憶的通信信道變成了無記憶的通信信道，從而使得能夠應用隨機誤差糾錯碼(例如卷積碼和分組碼)。於是最大似然卷積解碼器178能夠根據所收到的一個信號的數據取樣176的序列來作出判斷，該取樣序列中每一根據取樣176都假定是與其他數據取樣176獨立無關的。數據取樣176的獨立性或者說通信信道138無記憶性的這一假定能夠改進最大似然解碼器178的性能使之優於沒有做出這種假定的解碼器。間隔的數據符108由數據復用器106以這些碼向「異」/乘法器112輸入端之一輸入時相同的速率(例如19.2千字符/秒)進行輸出。
長偽噪聲PN)產生器110在操作上每異/乘法器112的其他輸入相耦合，通過將數據符108擾頻而加強通信信道中的通信安全性。該長PN(偽噪聲，不同產生器110應用一個長PN序列以等於數據符108輸入「異」門112的數據符速率(例如，19.2千符/秒)這樣一個固定速率來產生一個用戶的特別符序列或稱單一用戶擴展碼。已擾頻的數據符114以等於數據符108輸入到「異」門112的速率的一個固定速率(例如19.2千符/秒)從「異」/乘法器112輸出到「異」/乘法器118的一個輸入端。
碼分信道選擇產生器116提供了一個特別預定長度的沃爾士碼給「異」/乘法器118的另一輸入端。該碼分信道選擇產生器116能夠提供對應於64×64的哈達馬矩陣(其中沃爾士碼是該矩陣的單獨一行或一列)的64個沃爾士碼的64個正交碼中的一個。「異」/乘法器118應用特別的由碼分信道產生器116所輸入的沃爾士碼將輸入的擾頻數據符114擴展成沃爾士碼擴展數據符120。本領域技術人員熟知「擴展」是用於描述增加表示輸入數據符的數據符數量的操作的術語。例如，組合器118能夠以速率19.2千符/秒接收混合數據符114的序列。每一擾頻數據符114與一個沃爾士碼116組合而使得擾頻數據符114表示為或者說擴展成一個單一的64位長的沃爾士擴展碼120。結果是沃爾士碼擴展數據符120從「異」/乘法器118中以固定的片(Chip)速率(例如，1.2288兆片/秒)輸出。「片」(「chip」)一詞在本技術專業中在描述擴展數位訊號片斷時與術語「位」(「bits」)一詞是可交換使用。
沃爾士碼擴展數據符120分別向兩個「異」/乘法器122和128的一個輸入端提供。I-信道PN產生器124與Q-信道PN產生器130產生一對短PN序列(即當與由長PN產生器110所用的長PN序列相比時是短的)。這兩個PN產生器124與130能夠產生相同的或不同的短PN序列。「異」/乘法器122與128繼續以由PN-I-信道產生器及PNQ-信道產生器130分別產生短PN序列擴展所輸入的沃爾士碼擴展數據120。所得到的I-信道碼擴展序列126與Q-信道碼擴展序列132通過驅動一對正弦功率電平控制用於四相移相鍵控調製一對正交正弦波134。該正弦輸出信號經合成、帶通濾波而轉換成射頻(RF)，經放大，濾波由天線136發射而完成了通信信道數據位100在通信信道138中的傳輸。
天線140接收擴展頻譜信號使得該接收到的信號以與在由天線136經信道138傳輸之前對業務信道數據位100所施加那套操作對比實質上互補的一套操作加以處理。所收到的擴展頻譜信號經轉換成基帶頻率、濾波以及四相移相鍵控(QPSK)解調142而成為解調的擴展頻譜信號144，146。繼而解調的擴展頻譜信號144，146被正交解擴(depread)。I-信道PN產生器148及Q-信道PN產生器154產生一對短PN序列。PN產生器148與154必須象PN產生器124與130那樣分別產生相同的短PN序列。「異」/乘法器150與152將輸入的已解調的擴展頻譜信號144與146分別解擴。所得到的I-信道碼解擴序列156與Q-信道碼解擴序列158組合成正交解擴數據取樣160。
碼分信道選擇產生器164向「異」/乘法器162的一個輸入端提供了一個特別預定長度的沃爾士碼。與產生器116類似，碼分信道選擇產生器164能夠提供64個正交碼這些正交碼對應著64×64的哈達馬矩陣中的64個沃爾士碼(其中沃爾士碼即為該矩陣中的一行或一列)，但為了恰當地解擴一個特定的碼傳輸，必須產生與發送器的產生器116所產生的同樣的沃爾士碼。「異」/乘法器162應用由碼分信道產生器164所輸入的特殊的沃爾士碼解擴所輸入的正交解擴數據取樣160成為沃爾士碼解擴數據取樣166。熟知本專業技術的人員能夠明白「解擴」(despreading)這一術語是用以描述減少表示輸入的取樣數目的操作。例如，組合器162能夠以速率1.2288兆樣/秒接收解擴數據取樣160的序列。一組64個解擴數據取樣160與所選出的沃爾士解擴碼164組合而使得該組64個解擴數據取樣160被表示成或者說解擴成一個單獨的沃爾士解擴數據取樣166。結果是，該沃爾士碼解擴數據取樣166從「異」/乘法器162以固定速率(例如，19.2千樣/秒)輸出。
長PN產生器170在操作上與「異」/乘法器168的輸入耦合而對解擴數據取樣166進行解擾(descramble)。長PN產生器170用長PN序列產生用戶特別樣品序列或唯一的用戶擴展碼，這是以等於輸入「異」/門的另一輸入端的解擴數據取樣166的數據取樣速率這樣的固定速率(例如19.2千樣/秒)進行的。這一操作使用了與長PN產生器110所產生的同樣長的PN序列並在邏輯上是與由「異」/門112所執行的擾一頻操作互補的操作。被解擾的數據取樣172從「異」/乘法器168以等於解擴數據取樣166輸入「異」/門168相同的一個固定速率(例如19.2千樣/秒)而輸出的。
然後解狀的數據取樣172輸入到解插器174。解插器174將輸入的解擾數據取樣172解插的方式在邏輯上是與數字復用器106互補的。被解插的數據取樣176以其數據抽樣輸入的相同速率(例如9.2千樣/秒)由解插器174輸出。然後最大似然卷積解碼器178根據輸入的解插數據取樣176序列作出判斷。該最大似然解碼器178通過應用本質上類似於維特比解碼算法的最大似然解碼技術而較佳地產生出數據位180。
現參見圖2，該圖表示具有用於圖1所示先有技術的擴展頻譜通信系統中的擴展頻譜噪聲消除器的接收器之182部分的一個較佳實施例的內部結構。
以下將認為接收器部分182裝設在一個蜂窩式無線通信系統的一個移動式通信單元之中，該系統還會有多個基地臺或中心通信站。熟悉本專業技術的人員明白，此處所述之具有噪聲消除器的特殊的接收器182部分的結構適用於具有類似的通信信道接收信號的多通路特性技術的中心通信站或任何其他通信系統。
熟悉本專業技術的人員明白，可以應用非沃爾士擴展碼116，164的其他擴展碼來將CDMA通信系統中的數據信號彼此分離開。例如，PN擴展碼可用來分離多個數據信號。為將特定的數據信號進行擴展而把PN擴展碼作特定的相偏移，利用這種特定的PN擴展碼就可將一特定的數據信號與其他數據信號分離開。例如在CDMA擴展頻譜通信系統中，通過對通信系統每一信道PN擴展碼使用不同的相偏移，一個特定的PN擴展碼就可用於產生多個信道。而且，信號的調製方案假定是四相鍵控(QPSK)的。然而，可以明白的是在不偏離本發明的技術情形下亦可應用其他的調製技術。最後，在本較佳實施例中，地區通信系統的通信信道138是在電磁波譜的900兆赫茲區域中。但在不偏離本發明的技術情形下也可應用電磁波譜的其他區域。
上述接收器的182部分採用了「端克」(Reke)接收技術以減小通信信道中的多路衰落的影響。本專業人員都知道「端克」接收技術在無線通信技術中是有名的。例如，「多路信道的通信技術」(作者為R.Price與P.E.Green，刊登於Jr.ProceedingoftheIRE.1958年3月號.P555-570)就描述了「端克」接收器的基本操作。簡言之，一個「端克」接收器要對接收的信號的多路特徵作連續的詳細的測量。這一技術後來被開發，通過分別地對回波信號進行檢波，應用相關法並將這些回波信號代數組合成一個單獨的已拴波信號，來對抗選擇性衰落。符號間幹擾是通過改變各個被檢波的同波信號之間在其作代數組合之前的時延或相位來衰減的。
與圖1中所示先有技術的通信系統類似，圖2中所示的天線140接收擴展頻譜信號，使得對所接收的信號進行的處理與對業務信道數據位100在其由天線136發送到通信信道之前所進行的那套操作相比本質上是互補的一套操作。所接收的擴展頻譜信號是包括了在不同擴展頻譜信道中的幾個信號的組合信號。這些擴展頻譜信號中至少其中之一是已知的導引數據信號。該組合接收到的擴展頻譜信號中每一擴展頻譜信號都能夠由接收器182從一個或多個基地臺並沿著一個或多個通信路經接收到。結果是在一個特定的擴展頻譜信道中每一信號可能有幾個分量其在幅度和/或相位上與該信道中的其他信號不同。在較佳實施例中，從通信系統中每一基地臺有類似的導引數據信號發送出來。然而，當一個移動式通信單元試圖從一個擴展頻譜信道中重現(即要解調和解碼)一個特定的信號時，這些導引數據信號就會增加通信信道138中的不確定性噪聲。這些不希望有的信號當接收器已獲得有關通信信道及所收到的組合擴展頻譜信號的特定信息時是可以被消除的。
天線140所收到的擴展頻譜信號被轉換成基帶頻率，經濾波經QPSK解調142而成為解調的擴展頻譜信號200。在解調過程142中，對所接收的擴展頻譜的每一分量確定其接收的相位和接收的振幅。該相位表示了一個特定的分量相對於其他分量在時間上接收到的瞬間。振幅則表示了所收到的信號相對於其他分量而言的相對強度或該分量所收到的精確度。在以下討論中，所收到的擴展頻譜信號假定在一個特定的擴展頻譜信道中有信號並且該信號有三個分量。這些信號分量在其接收器182的路線上有以下三個不同的通信信道路徑。對於本例，第一分量是由基本服務單元中的一個基地臺發送的並以相位Φ1及振幅A1被接收。類似的，第二分量是由基本服務網孔中的基地臺發送的，但與第一分量經由不同的通信路徑傳輸並以相位Φ2與振幅A2被接收。最後，第三分量由第二服務網孔中的基地站(例如在過區切換的情形過程中)發送而接收的相位是Φ3，振幅為A3。
在較佳實施例的「端克」接收器182中，已解調的擴展頻譜信號200輸入到接收器分別對信號的三個分量進行處理的各部分。第一信號分量通過把解調的擴展頻譜信號200輸入「異」組合器202而被正交解擴。由I-信道PN產生器148與Q-信道PN產生器154產生一對短PN序列(如圖1中所示)。這一對短PN序列204在第一分量相位Φ1輸入到「異」組合器202。「異」組合器202將輸入的解調的擴展頻譜信號200進行解擴。又「異」組合器202將輸入的解調的擴展頻譜信號200進行解擴。又「異」組合器202把所得到的I-信道碼解擴序列與Q-信道碼解擴序列組合成正交解擴數數據取樣206。本技術專業人員明白，雖然如圖1中所示在先有技術接收器中僅說到有單獨一個「異」組合器202，但是兩個「異」乘法器(例如「異」/乘法器150與152)也是可以應用的。
對應於第一信號分量的正交解擴數據取樣206輸入到「異」/乘法器208。碼分信道選擇產生器164(圖1中所示)在第一信號分量相位Φ1210向「異」/乘法器208的另一輸入端提供了一個預先特定長度的沃爾士碼(Wi)。該「異」/乘法器208應用由碼分信道產生器164所輸入的該特定的沃爾士碼(Wi)210將所輸入的正交解擴數據取樣206解擴成沃爾士碼解擴數據取樣212。
然後這些沃爾士碼解擴數據取樣212輸入到積分器214，該積分器將數據取樣212對預定的時間周期(T)進行積分並調節該輸入數據取樣212信號的增益。該預定的時間周期(T)應對應於從「端克」接收器182輸出數據取樣所要求的速率(例如19.2千樣/秒的輸出速率對應於T＝1/19.200秒)。輸入數據取樣212信號的增益由增益因子g1來調節，該增益因子是第一信號分量振幅A1的函數(g1＝f(A1))。該增益因子g1的確定還使得能夠實現三個信號分量的最大比率組合。而且該輸入數據取樣212增益還由預定的時間周期(T)來除/調節，就使得輸出信號216更好地反應了與每一輸入數據取樣212相關的增益。積分器214的輸出是相對於第一信號分量的一個沃爾士碼解擴數據取樣信號216。該第一信號分量沃爾士碼解擴數據取樣信號216能夠有選擇地被開關輸入到信號處理器220的一個輸入端218。熟悉本技術專業的人員知道。積分器214的功能可由一個數據取樣求和電路及乘法器來實現。
第二信號分量可以解調了的擴展頻譜信號260中用上述對於第一信號分量類似的方式導出。通過把解調了擴展頻譜信號200輸入「異」組合器222該第二信號分量被正交解擴。I-信道PN產生器148與Q-信道PN產生器154(如圖1所示)產生一對短PN序列。該短PN序列對在第二分量相位Φ2處輸入(224)到「異、」組合器222。「異」組合器222將所輸入的已解調的擴展頻譜信號200解擴並將所得到的I-信道碼解擴序列和Q-信道碼解擴序列組合成正交解擴數據取樣226。
對於第二信號分量的正交解擴數據取樣226輸入到「異」/乘法228。碼分信道選擇產生器164(圖1中所示)在第二信號分量相位Φ2處向「異」/乘法器228的另外的輸入端提供特別預定長度的沃爾士碼(Wi)。「異」/乘法器228應用在第二信號分量相位Φ2處由碼分信道產生器164所輸入的該特別沃爾士碼(Wi)解擴所輸入的正交解擴數據取樣226成為沃爾士解擴數據取樣232。
這些沃爾士碼解擴數據取樣232然後輸入到積分器234，該積分器將數據取樣232對一個預定的時間周期(T)進行積分並調節所輸入的數據取樣232信號的增益。輸入的數據取樣232信號的增益是由增益因子g2進行調節的，該因子是第二信號分量的振幅A2的函數(g2＝f(A2))。這一增益因子g2的確定也要使得三個信號分量實現最大比率的組合。而且，所輸入的數據取樣232的增益由預定的時間周期(T)除/調節而使得所輸出的信號236增益較好地反映了與每一輸入數據取樣232相聯繫的增益。積分器234的輸出是對應於第二信號分量的沃爾士解擴數據取樣信號236。該第二信號分量沃爾士碼解擴數據取樣信號236可選擇地以開關接入信號處理器220的一個輸出端238。
類似於對於第一與第二信號分量上述方式，可以從已解調的擴展頻譜信號200中分出第三信號分量。通過將已解調的擴展頻譜信號200輸入到「異」組合器242而將該第三信號分量作正交解擴。(如圖1中所示)I-信道PN產生器148和Q-信道PN產生器154產生一對短PN序列。這對短PN序列在第三分量相位Φ3處輸入(224)到「異」組合器242。「異」組合器242將所輸入的已解調的擴展頻譜信號200解擴並將I信道碼解擴序列及Q-信道碼解擴序列組合成正交解擴數據取樣246。
對應於第三信號分量的正交解擴數據取樣246輸入到「異」/乘法器248中。碼分信道選擇產生器164(圖1中所示)在第三信號分量相位Φ3處向「異」/乘法器248的另外的輸入端提供了一個特別的預定長度沃爾士碼(Wj)。該「異」/乘法器248應用由碼分信道產生器164在第三信號分量相位Φ3處所輸入的該特定的沃爾士碼(Wj)解擴所輸入的正交解擴數據取樣246成為沃爾士碼解擴數據取樣252。
然後這些沃爾士碼解擴數據取樣252輸入到積分器254，該積分器將數據取樣252對一預定的時間周期(T)積分並調節所輸入的數據取樣252信號的增益。輸入的數據取樣252信號的增益是通過增益因子g3進行調節的，該因子是第三信號分量A3的振幅的函數(g3＝f(A3))。這一增益因子g3的確定還使得它實現了三個信號分量最大比率的組合。而且，該輸入數據取樣252增益由預定的時間周期(T)除/調節就使得輸出的信號256增益更好地反應了與每一輸入數據取樣252相聯繫的增益。積分器254的輸出是對應第三信號分量的一沃爾士解擴數據取樣信號256。這個第三信號分量沃爾士碼解擴數據取樣信號256可選擇地以開關接入信號處理器220的一個輸入端258。
該已解調的擴展頻譜信號200還包含了由兩個分量組成的非確定性噪聲。該非確定性噪聲的兩個分量是-所有未被接收器解調的CDMA擴展頻譜信號。這些信號由該通信系統附近的單元中使用同一通信信道的大量低電平幹擾用戶組成。
-接收器前級噪聲。按設計而言，當通信信道滿容量運動時，附加的噪聲宜低於被解調的擴展頻譜信號200。
只要有足夠信息被接收器獲取，其中第一種擴展頻譜噪聲分量的一部分是可以從已解調的擴展頻譜信號200中消除的。這種信息包括象上述較佳實施例的接收器182部分這類典型的「端克」接收器所已知的幾種數據。這已知的數據包括每一信號分量的振幅(即A1，A2與A3)及相位(即Φ1，Φ2與Φ3)，通信系統所使用的短PN擴展碼序列148與154，以及供所接收的特定信道之用的沃爾士碼(Wi)。應用這些已知的數據，可對接收器182部分進行配置而消除可能干擾有用信號分量而與其他信號分量諸如導引信道載波信號等有關的噪聲。
通常由於保持著正交性，每一沃爾士碼信道不會造成對其他沃爾士碼信道的噪聲。但是當存在明顯的延遲擴展(≥一片延遲)和/或當接收單元處於通信信道在兩個或更多的發送器之間轉換的狀態時，情況就不是如此了。這些其他的信道可能產生噪聲或引起對有用通信信道的幹擾的一種可能的情形是當或者是所發送的載波的延時複製或者是源於其他單元所發送的載波在有用信道中被接收器182部分接收到而該接器182部分對於有用信號和幹擾信號又不能加以區分時。由於較多的這些幹擾信號加到接收器所收到的已解調的擴展頻譜信號200上，信噪比就可能惡化到接近或低於較佳的門限值。
在較佳實施例通信系統中，基本服務網孔的延時導引信號複製與來自其他附近網孔的導引信號的能量在有同通信信道中引起將近1分貝的噪聲總量。通過以下的消除過程，該1分貝噪聲的大部分可被消除，其結果是得到對有用信號較大的信噪比。這一消除噪聲的技術的某些優點包括從所收到的信號中消除或減少了不希望有的導引信道信號幹擾，並且由於增強了接收器處理通信信道中幹擾的能力而可以增加在一個特定的CDMA通信信道上用戶的數目。
第一種估計的幹擾信號可以從已知的數據中導出。前面所產生的具有第二分量相位Φ2的短PN序列對輸入(224)到「異」組合器260。同樣，前面產生的具有第一分量相位Φ1的短PN序列對輸入(204)到「異」組合器260。「異」組合器260以第一分量相位Φ1序列204擴展第二分量相位Φ2序列224並將所得的I-信道碼擴展序列和Q-信道碼擴展序列組合成正交擴展數據取樣262。
對於第一估計幹擾信號的該正交擴展數據取樣262輸入到「異」/乘法器264。前面產生於第一信號分量相位Φ1處210的特別預定長度沃爾士碼(Wi)提供給「異」/乘法器264的另一輸入端。「異」/乘法器264應用在第一信號分量相位Φ1處210的該特定的沃爾士碼(Wi)擴展所輸入的正交擴展數據取樣262成為沃爾士擴展數據取樣266。
這些沃爾士碼擴展數據取樣266然後輸入到積分器268，該各分器將數據取樣266對一個預定的時間周期(T)進行積分並調節該輸入的數據取樣266信號的增益。輸入的數據取樣266信號的增益是由增益因子g1與g2乘積的負值(-g1-g2)進行調節的。這兩個增益因子如前所說是分別為第一與第二信號分量振幅A1與A2的函數。這一增益因子的確定也使得它實現了從三個信號分量的最大比率組合中的一個消減(即一個負因子)。而且，該輸入數據取樣266的增益是由預定時間周期(T)來調節，於是所輸出的信號270的增益較好地反映了與每一輸入數據取樣266相關的增益。積分器268的輸出即為第一估計沃爾士解擴數據取樣幹擾信號270。這個第一估計幹擾信號270可選擇地開關接入或輸入到272一個信號處理器220。
第二估計計幹擾信號也可從已知的數據導出。前面產生的具有第三分量相位Φ3的一對短PN序列輸入(244)到「異」組合器280。類似地前面產生的具有第一分量相位Φ1的一對短PN序列輸入(204)到「異」組合器280。「異」組合器280以第一分量相位Φ1序列204擴展第三分量相位Φ3序列244並把所得結果I-信道碼擴展序列和Q-信道碼擴展序列組合成正交擴展數據取樣282。
對於第二估計幹擾信號的正交擴展數據取樣282輸入到「異」/乘法器284。上面在第一信號分量相位Φ1處產生的特別預定長度的沃爾士碼(Wj)提供給「異」/乘法器284的另一輸入端。該「異」/乘法器284應用在第一信號分量相位Φ1的特定的沃爾士碼(Wi)210將輸入的正交擴展數據取樣282擴展成沃爾士碼擴展數據取樣286。
然後這些沃爾士碼擴展數據取樣286輸入到積分器288，該積分器將數據取樣286對預定的時間周期(T)積分並調節該輸入數據取樣286信號的增益。輸入的數據取樣286信號的增益由增益因子g1與g2乘積的負值(-g1-g2)進行調節，這些增益因子如前所述分別為第一與第三信號分量振幅A1與A3的函數。增益因子-g1·g3的確定也使得它能實現從三個信號分量的最大比率組合中的消減(即一個負因子)。此外，輸入數據取樣286的增益受到，預定時間周期(T)的調節使得輸出信號290增益較好地反映了與每一輸入數據取樣286相聯繫的增益。積分器288的輸出即是第二估計沃爾士擴展數據取樣幹擾信號290。這第二估計幹擾信號290可選擇地開關接入或輸入到292一個信號處理器220。
第一與第二估計幹擾信號的產生以上僅是通過例子的方式作出的。熟知本專業的人員明白，這種估計幹擾信號的過程對於任何已知其足夠的信息的其他幹擾信號是可以繼續進行的。
最後，信號處理器220以較佳最大比率將幾個信號分量(例如信號分量216，236，256，270，和/或290)組合成一個信號沃爾士碼解擴數據取樣166信號。這一信號沃爾士碼解擴數據取樣166信號以一個固定的速率(例如19.2千樣/秒)從信號處理器220輸出。然後，沃爾士碼解擴數據取樣166信號以類似於圖1中所示先有技術中方式得到較佳的進一步處理，而產生估計數據位180。
熟知本專業技術的人員明白，不能指望從有用信號中消除所有的幹擾信號。於是幹擾信號的信號強度能夠同有用信號比較。而且僅僅是那些具有大於有用信號的信號強度的那些不希望的幹擾信號才應該從合成的已解調的擴展頻譜信號200中除去。如果較弱的不希望的幹擾信號被除去，則有用數據信號可能部分地變壞。而且熟知本專業技術的人員明白，擴展頻譜信號(例如，有用信號)當其信號強度大於幹擾信號強度時是可以從合成信號中檢測到並被恢復的。於是，從組合信號中除去其信號強度小於有用信號的幹擾信號是不必要的，而且那樣會不適當地增加檢測和恢復有用信號的時間。
例如，在有用信號具有三個信號分量沃爾士碼解擴數據取樣信號216，236與256情形下，如果一個幹擾信號具有比有用信號分量還強的信號強度，則該幹擾信號就從組合信號沃爾士碼解擴數據取樣166信號中除去。比如，第一估計信號270可能有大於第三信號分量沃爾士碼解擴數據取樣信號256的信號強度，於是此估計信號應從組合信號沃爾士碼解擴數據取樣166信號中除去。於是第一估計信號270轉接入信號處理器220的輸入272。與此相反，第二估計信號290可能具有小於第三信號分量沃爾士碼解擴數據取樣信號256的信號強度而不應從組合信號沃爾士碼解擴數據取樣166信中除去。於是應第二估計信號290就不轉接到信號處理器220的輸入292上。熟悉本技術專業的人員明白，在本發明的要義之內另有一種信號質量或通信系統度量可用來判定那些幹擾信號應從組合擴展頻譜信號中除去。例如，可以通過對一預定的閥限分別與積分器214，234與254的調節增益(g1，g2與g3)的函數的比較來判定特定幹擾信號的去除。
本較佳實施例噪聲消除器的操作概括為圖3中所示的流程圖。具有第一和第二分量的擴展頻譜信號經由一個通信信道接收(300)。其第一分量是在與第二分量不同的時間接收到的。又所接收的擴展頻譜信號包含一個已知信號(例如，蜂窩通信系統導引信道信號)。對於接收的擴展頻譜信號的第一和第二分量的接收的相位(Φ1，Φ2)與接收振幅(A1，A2)在302分別確定。於是，接收的振展頻譜信號第一與第二分量在304解調並用最大比率組合。而且，估計信號在306是如下產生的用第一分量接收相位(Φ1)處的已知信號擴展在第二分量接收相位(Φ1)處的已知信號，用在第一分量接收相位(Φ1)處的信道選擇擴展碼擴展在第二分量接收相位(Φ1)處的已知信號，對一預定地的時間(T)各分擴展已知信號，以及調節作為第一(A1)及第二分量(A2)接收的振幅之函數的已求積的擴展的已知信號的增益。繼而，擴展頻譜噪聲部分在310是如下消除的只要308處擴展的已知信號的積分形式的調節增益(g1g2)大於預定的閥限，則通過從已解調所接收的擴展頻說信號中減去估計信號從所接收的擴展頻譜信號中處理出來已知信號。然後，該擴展頻譜信號接收過程將如下完成利用已知的擴展碼在312對於收到的擴展頻譜信號的已解調已處理的形式進行解擾。又所收到的已解擾的擴展頻譜信號在314在預定範圍的組塊內進行解插。最後，在316按以下方式至少產生出一個估計數據位應用本質上類似於維特比解碼算法的最大似然解碼技術從所接收的已解插的擴展頻譜信號中分出至少一個估計數據位。
雖然本發明已用某種程度上一個特例進行了說明和描述，所當理解的是實施例的這些透露只是以示例的方式作出的，而且在不偏離本發明權利要求的精神和範圍之下熟悉本專業技術的人員是可以在部件的安排和組合以步驟上作出各種各樣的變化。例如，專業人員知道在不偏離本發明權利要求的精神和範圍之下上述的噪聲消除技術可以在中頻或基帶頻中實現。又上述較佳實施例通信系統的調製器。天線和解調器部分是針對經由無線通信信道傳輸的擴展頻譜信號的。但是本技術專業人員明白，該通信信道也可以是電子數據總線，導線，光纖鏈或任何其他類型通信信道。
權利要求
1.包含有如下類型的擴展頻譜噪聲消除器的一種設備具有用於確定對於所接收的擴展頻譜信號的第一和第二分量的接收相位和接收振幅的裝置，該第一分量不同於該第二分量，該振展頻譜信號包含第一和第二已知信號，其改進特徵如下與上述確定裝置操作耦合的噪聲消除器，按以下方法消除所接收的擴展頻譜信號中的擴展頻譜噪聲信號部分(a)用在第一分量接收的相位處的第一已知信號擴展在第二分量接收相位處的第二已知信號而產生一估計信號，並調節作為第一與第二分量接收振幅的函數的該擴展的第二已知信號積分形式的增益；以及(b)通過從收到的擴展頻譜信號中減去該估計信號而由收到的擴展頻譜信號中處理該第二已知信號。
2.權利要求1的設備，其中該擴展頻譜噪聲消除器的消除裝置只有在該擴展的第二已知信號積分形式的受調節的增益大於一預定閥限情形下才由收到的擴展頻譜信號中處理出該第二已知信號。
3.權利要求1的設備，其中該擴展頻譜噪聲消除器的消除裝置通過利用在第一分量接收相位處的一個信道選擇擴展碼而進一步擴展在該第二分量接收相位處的第二已知信號來產生該估計信號。
4.權利要求1的設備，該設備還包括(A)解擾裝置，它在操作上與擴展頻譜噪聲消除器耦合，用於對被處理的所接收的擴展頻譜信號的已解調形式，利用已知的擴展碼進行解擾;(b)解插裝置，操作上與解擾裝置耦合，用於對在預定規格組塊中所接收已解擾的擴展頻譜信號進行解插;以及(c)解碼裝置，操作上與解插裝置耦合，用於通過利用最大似然解碼技術從所接收的已解插的擴展頻譜信號中導出至少一個估計數據位而產生至少一個估計數據位。
5.擴展頻譜信號的一種處理說法，該方法具有以下步驟從一個通信信道接收具有第一與第二分量的擴展頻譜信號，該第一分量不同於該第二分量，該擴展頻譜信號包含第一與第二已知信號，隨後對於接收的擴展頻譜信號的該第一和第二分量確定接收的相位和接收的振幅，以及隨後對所接收的擴展頻譜信號進行解調，其改進的特徵在於。通過以下步驟消除所接收的擴展頻譜信號中的擴展頻譜噪聲信號部分(a)通過利用在第一分量接收相位處的第一已知信號擴展在第二分量接收相位處的第二已知信號而產生一個估計信號，對於一個預定的時間將該擴展的第二已知信號積分，以及調節作為所接收的第一和第二分量振幅的函數的被求積的擴展第二已知信號的增益;以及(b)通過從所接收的已解調的擴展頻譜信號中減去該估計信號而由所接收的擴展頻譜中處理出第二已知信號。
6.權利要求5的方法，其中消除噪聲的步驟包括只有在擴展的第二已知信號積分形式的被調節的增益大於一預定的閥限條件下才由所接收的擴展頻譜信號中處理出該第二已知信號。
7.權利要求5的方法，其中消除噪聲的步驟包括通過利用在第一分量接收相位處的信道選擇擴展碼來進一步擴展在第二分量接收相位處的已擴展的已知信號。
8.權利要求5的方法，其中還包括(a)通過應用已知的擴展碼解擾所接收的擴展頻譜信號被處理的解調形式;(b)解插預定規格組塊中的已解擾的所接收的擴展頻譜信號;以及(c)應用最大似然解碼技術從所接收的已解插的擴展頻譜信號中導出至少一個估計數據位從而產生至少一個數據位。
全文摘要
提供了一種擴展頻譜噪聲消除器(182)。接收信號(200)中擴頻噪聲信號的部分是如下消除的利用第一分量相位處(204)的第一已知信號擴展(260)，第二分量相位處(224)的第二已知信號而產生一個估計信號(270)，調節作為兩分量(216)(236)振幅函數的已擴展的第二已知信號的積分形式的增益(268)。然後通過從信號(200)的已解調形式(216，236)中減去(166)該估計信號(270)，而從所接收的擴頻信號(200)中處理出來該第二已知信號。
文檔編號H04B1/707GK1082287SQ9310806
公開日1994年2月16日 申請日期1993年6月28日 優先權日1992年6月29日
發明者尤金·布魯克特 申請人:莫託羅拉公司