CN100358247C - 复扩展电路及扩展方法 - Google Patents

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Abstract

一种扩展频谱通信系统包括发送机和接收机，发送机具有第一华尔氏码产生器、华尔氏码调制器、第一PN码产生器、第一和第二频带扩展器、有限脉冲响应滤波器、第一和第二数/模转换器、低通滤波器、中频混频器、载波混频器、带通滤波器和第一放大器，接收机具有第二放大器、滤波器、第一和第二混频器、低通滤波器、模/数转换器、第二PN码产生器、I信道和Q信道去扩展器、PN码同步控制器、华尔氏码产生器、第一和第二华尔氏解调器、存储和转储器等。

Description

复扩展电路及扩展方法
本申请是申请日为1995年11月22日、申请号为95118184.x、题为“采用导频信道的扩展频谱通信系统的数据发送机和接收机”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及扩展频谱通信系统，更具体地说涉及采用导频信道的扩展频谱通信系统的数据发送机和接收机。
背景技术
图1是表示采用常规的差分相移键控(DPSK)调制方法的扩展频谱通信系统中发送机结构的框图。DPSK编码器102对输入的基带数据进行差分调制。频带扩展器104通过将该数据与从PN(伪噪声)码产生器103输出的PN码相乘对经差分调制的数据进行频带扩展。频带扩展器104的输出经过有限脉冲响应(以后称为“FIR”)滤波器105、D/A转换器106和LPF 107。在混频器109中，LPF 107的输出与载波信号cosWCt相乘，然后通过BPF 110、放大器111和天线112传播到自由空间中。
利用差分调制，上述DPSK调制方式扩展频谱通信系统使得在接收部分的数据解调期间能够进行异步检测。然而在上述的DPSK调制方式扩展频谱通信系统中，解调期间的1位误差可以造成2位误差，这导致系统性能下降。另一个问题是，在接收部分调整PN码的同步是困难的，因为实际上被调制的PN码信号不是被发送的纯PN码。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种采用导频信号的扩展频谱通信系统的发送机。
本发明的另一目的是提供一种采用导频信号的能够很容易地实现PN码同步的扩展频谱通信系统的接收机。
本发明的另一个目的是提供一种改进的扩展频谱通信系统，其能够降低在利用至少两个信道的移动通信系统中的发送机的峰值功率与平均功率比值(PAR)。
本发明的再一个目的是提供一种采用导频信号的能够很容易地实现PN码同步的扩展频谱通信系统的发送机和接收机。
根据本发明的一个方面，提供一种利用同相伪随机噪声码和正交相位伪随机噪声码扩展第一和第二输入信号的复扩展电路，包含：第一级(209，210)，用于利用所述同相伪随机噪声码和所述正交相位伪随机噪声码扩展所述第一输入信号，以分别产生第一和第二扩展信号；第二级(214，211)，用于利用所述同相伪随机噪声码和所述正交相位伪随机噪声码扩展所述第二输入信号，以分别产生第三和第四扩展信号；及第三级(219，220)，用于通过从所述第一扩展信号中减去所述第四扩展信号，而产生第一输出扩展信号；及通过将所述第二扩展信号加到所述第三扩展信号，而产生第二输出扩展信号。
根据本发明的另一个方面，提供一种利用第一和第二扩展码信号扩展第一和第二输入信号的方法，包含下列步骤：利用所述第一和第二扩展码信号扩展所述第一输入信号，以分别产生第一和第二扩展信号；利用所述第一和第二扩展码信号扩展所述第二输入信号，以分别产生第三和第四扩展信号；通过从所述第一扩展信号中减去所述第四扩展信号，而产生第一输出扩展信号；及通过将所述第二扩展信号加到所述第三扩展信号，而产生第二输出扩展信号。
为了实现本发明的上述目的，扩展频谱通信系统包括发送机，该发送机具有第一华尔氏(Walsh)码产生器，用于产生具有各自的代码系统的第一和第二华尔氏码；华尔氏调制器，用于将发送的预定的导频信号和数据分别与第一和第二华尔氏码相乘，然后输出经华尔氏调制的导频信号和数据；第一PN码产生器，用于产生预定的第一和第二PN码；第一频带扩展器，用于将经华尔氏调制的导频信号与第一和第二PN码相乘，然后输出经频带扩展的I信道和Q信道导频信号；第二频带扩展器，用于将经华尔氏调制的数据与第一和第二PN码相乘，然后输出经频带扩展的I信道和Q信道数据；有限脉冲响应滤波器，用于对频带扩展的导频信号和数据进行有限脉冲响应滤波；第一数/模转换器，用于将经扩展的I信道导频信号和数据组合，然后转换成I信道模拟信号；第二数/模转换器，用于将经扩展的Q信道导频信号和数据组合，然后转换成Q信道模拟信号；低通滤波器，用于对I信道和Q信道模拟信号进行低通滤波；中频混频器，用于接收经低通滤波的I信道和Q信道低通滤波信号和预定的中频信号，将I信道低通滤波信号与中频的同相分量cosWIFt相乘，将Q信道低通滤波信号与中频的正交相位分量sinWIFt相乘，然后将已经与中频信号混频的I信道和Q信道信号相加；载波混频器，用于将中频信号混频器的输出信号与预定的射频信号cosWRFt相乘；带通滤波器，用于接收并对载波混频器的输出信号进行带通滤波；以及第一放大器，用于根据预定的放大率对经带通滤波的信号进行接收和放大，并且扩展频谱通信系统包括接收机，该接收机具有第二放大器，用于放大通过天线接收的接收信号；滤波器，用于对第二放大器的输出信号进行带通滤波；第一混频器，用于将滤波器的输出信号与射频信号cosWRFt相乘，然后转换成中频分量信号；第二混频器，用于分别将第一混频器的输出信号与中频的同相分量cosWIFt和正交相位分量sinWIFt相乘，然后输出从中已经去除了载波频率信号的I信道和Q信道信号；低通滤波器，用于分别对I信道和Q信道信号进行低通滤波；模/数转换器，用于将经低通滤波的I信道和Q信道信号转换成数字信号；第二PN码产生器，用于通过与预定的PN时钟同步，产生具有各自代码系统的第一和第二PN码；I信道去扩展器，用于将从模/数转换器输出的经数字转换的I信道信号与第一和第二PN码相乘，然后输出频带经去扩展的I信道信号；Q信道去扩展器，用于将从模/数转换器输出的经数字转换的Q信道信号与第一和第二PN码相乘，然后输出频带经去扩展的Q信道信号；PN码同步控制器，用于根据第一华尔氏码对经频带去扩展的I信道和Q信道信号进行华尔氏解调，检测经华尔氏解调的I信道和Q信道信号的PN码同步状态，然后输出对应于PN码同步状态的PN时钟；华尔氏码产生器，用于产生具有各自的代码系统的第一和第二华尔氏码；第一华尔氏解调器，用于输出已经通过第一和第二华尔氏码进行华尔氏解调的第一和第二I信道信号；第二华尔氏解调器，用于输出已经通过第一和第二华尔氏码进行华尔氏解调的第一和第二Q信道信号；存储和转储器，用于存储和转储经华尔氏解调的第一和第二I信道信号和第一和第二Q信道信号；组合器，用于接收从存储和转储器输出的第一和第二I信道信号及第一和第二Q信道信号，将第一I信道信号与第二I信道信号相乘，以便输出组合的I信道信号，并且将第一Q信道信号与第二Q信道信号相乘，以便输出组合的Q信道信号；以及数据判断器，用于获得从组合器输出的I信道信号和Q信道信号之间的差值，然后判断和输出对应于该差值的相位的数据。
附图说明
以下结合附图对本发明的最佳实施例进行详细描述，附图中：
图1是表示采用常规的DPSK调制方法的扩展频谱通信系统的发送机结构的框图；
图2是表示根据本发明的最佳实施例采用导频信道的扩展频谱通信系统的数据发送机结构的框图；
图3是表示根据本发明的最佳实施例采用导频信道的扩展频谱通信系统的数据接收机结构的框图。
具体实施方式
在采用导频信道的扩展频谱通信系统中发送的信号主要可分为导频信号和数据。该数据是实际发送的一个信息信号，而总是代表“1”的导频信号是一个附加信息信号，用于在接收部分使PN码易于同步。
在采用导频信道的扩展频谱通信系统中，当同时发送数据和导频信号时，可以通过导频信号进行数据的同步解调。此外，因为发送的导频信号总是“1”时，导频信道的I信道和Q信道PN码是纯PN码分量。于是，在接收部分通过纯PN码可以进行PN码同步。并且通过华尔氏码分离导频信道和数据信道。
图2是表示根据本发明的最佳实施例采用导频信道的扩展频谱通信系统的数据发送机结构的框图。
第一导频华尔氏码产生器203和第一通信量华尔氏码产生器206分别产生第一和第二华尔氏码。沃尔什码是一种正交码。因此，也可将沃尔什码以外的其它正交码应用在本发明中。第一乘法器202接收导频信号，并将该导频信号与来自导频华尔氏码产生器203的第一华尔氏码相乘，然后输出经华尔氏调制的导频信号。第二乘法器205将发送的数据与来自通信量华尔氏码产生器206的第二华尔氏码相乘，然后输出经华尔氏调制的数据。
I信道PN码产生器207产生I信道PN码，Q信道PN码产生器208产生Q信道PN码。第三乘法器209将经华尔氏调制的导频信号与I信道PN码相乘，然后输出I信道频带扩展导频信号。第四乘法器210将经华尔氏调制的导频信号与Q信道PN码相乘，然后输出Q信道频带扩展导频信号。第五乘法器211将经华尔氏调制的数据与I信道PN码相乘，然后输出I信道频带扩展数据。第六乘法器212将Q信道PN码乘以预定值“-1”，然后输出-Q信道PN码。第七乘法器214将经华尔氏调制的数据与-Q信道PN码相乘，然后输出-Q信道频带扩展数据。
第一FIR滤波器215对第三乘法器209的输出进行有限脉冲响应滤波。第二FIR滤波器216对第四乘法器210的输出进行有限脉冲响应滤波。第三FIR滤波器217对第七乘法器214的输出进行有限脉冲响应滤波。第四FIR滤波器218对第五乘法器211的输出进行有限脉冲响应滤波。
第一加法器219将第一FIR滤波器215的输出信号与第三FIR滤波器217的输出信号相加。第二加法器220将第二FIR滤波器216的输出信号与第四FIR滤波器218的输出信号相加。第一D/A转换器221将第一加法器219的输出转换成模拟信号。第二D/A转换器222将第二加法器220的输出转换成模拟信号。
第一和第二LPF 223和224分别对第一和第二D/A转换器221和222的输出进行低通滤波。第八乘法器225将I信道分量的第一LPF 223的输出与中频的同相分量cosWIFt相乘。第九乘法器228将Q信道分量的第二LPF224的输出与中频的正交相位分量sinWIFt相乘。第三加法器229将第八乘法器225的输出与第九乘法器228的输出相加。第十乘法器230将第三加法器229的输出与载波信号cosWRFt相乘。第一BPF 232对第十乘法器230的输出进行带通滤波。放大器233根据一个预定的放大率对经低通滤波的信号进行放大，然后通过天线234输出经放大的信号。
如上所述，第一输入信号与第一扩展码信号相乘，以产生第一输出信号，第一输出信号与第二扩展码信号的反码相乘，以产生第三输出信号，第一输出信号与第一扩展码信号相乘，以产生第四输出信号，将第一输出信号与第三输出信号相加，然后将第二输出信号与第四输出信号相加，使得上述通信系统中的扩展频谱电路能有效地降低PAR的值，该PAR的值在设计功率放大器时是必然要考虑的。
这种扩展频谱电路的总的工作情况与一其中将第二扩展码信号直接与第二输入信号相乘由此产生第三输出信号并从第一输入信号减去第三输出信号的扩展频谱电路基本相似。上述扩展频谱电路在本技术领域经常称为“复扩展器”。
此外，扩展频谱电路最好包含这样一种结构，用于在第六乘法器212中接收信号“-1”，以将第二扩展码信号反相，但是，其结构可采用这样的类似结构，即，将第七放大器214的输入信号或放大器214的输出信号反相，而不是将第二扩展码信号反相。也就是说，可以将信号“-1”施加于乘法器212或可使用乘法器214的输入或输出的反相信号。
根据本发明的扩展频谱电路，PAR可以有效地降低，这是由于仅能使输入信号的相位旋转到PN码的相位，而对于输入信号的幅值不会产生任何变化。因此，可理解的是，当将PN码用于如上所述的扩展频谱电路时，PN码的相位不影响输入信号的幅值，从而，按原状保持输入信号原有的幅值并降低输出信号的PAR。
图3是表示根据本发明的最佳实施例采用导频信道的扩展频谱通信系统的数据接收机结构的框图。
作为高频放大器的LNA(低噪声放大器)302对通过天线301提供的接收信号进行放大。第二BPF 303对经放大的接收信号进行带通滤波。第七乘法器304将经带通滤波的信号与载波信号cosWRFt相乘，然后转换成中频分量信号。第十二乘法器306将第十一乘法器304的输出信号与中频的同相分量cosWIFt相乘。第十三乘法器308将第十一乘法器304的输出信号与中频的正交相位分量sinWIFt相乘。
第三和第四LPF 310和311对第十二和十三乘法器306和308的输出信号进行低通滤波。第一和第二A/D转换器312和313分别将经低通滤波的信号转换成数字信号。I信道和Q信道PN码产生器314通过与预定的PN时钟同步产生I信道和Q信道PN码。
作为乘法器的第一去扩展器315将第一A/D转换器312的输出信号与I信道和Q信道PN码相乘，然后输出经去扩展的I信道信号I(t)。作为乘法器的第二去扩展器316将第二A/D转换器313的输出信号与I信道和Q信道PN码相乘，然后输出去扩展的Q信道信号Q(t)。第二导频华尔氏码产生器317产生第一华尔氏码。第二通信量华尔氏码产生器318产生第二华尔氏码。第一和第二华尔氏码与发送机的第一和第二华尔氏码是相同的。
第十四乘法器319将经去扩展的I信道信号I(t)与第一华尔氏码相乘，然后输出经华尔氏解调的I信道信号I(t)。第十五乘法器320将经去扩展的Q信道信号Q(t)与第一华尔氏码相乘，然后输出经华尔氏解调的Q信道信号Q(t)。初始同步和同步检测器321接收从第十四和第十五乘法器319和320输出的经华尔氏解调的信号I(t)和Q(t)，检测这些信号的PN码同步状态，然后产生对应于PN码同步状态的同步检测结果信号。
PN时钟控制器322输出对应于同步检测结果信号的时钟控制信号。PN时钟产生器323产生PN时钟，用于根据时钟控制信号控制PN码的产生。第十六乘法器324将从第二去扩展器316输出的Q信道信号Q(t)与第一华尔氏码相乘。第十七乘法器325将从第一去扩展器315输出的I信道信号I(t)与第一华尔氏码相乘。第十八乘法器326将从第二去扩展器316输出的Q信道信号Q(t)与第二华尔氏码相乘。第十九乘法器327将从第一去扩展器315输出的I信道信号I(t)与第二华尔氏码相乘。
第一至第四存储和转储器328至331分别对第十六至第十九乘法器324至327的输出信号进行存储和转储。第二十乘法器332将第二存储和转储器329的输出信号与第三存储和转储器330的输出信号相乘。第二十一乘法器333将第一存储和转储器328的输出信号与第四存储和转储器331的输出信号相乘。减法器334从第二十乘法器332的输出信号中减去第二十一乘法器333的输出信号。判断器335从减法器334的输出信号检测数据的相位，然后输出经解调的数据。
现在参照图2和3详细描述根据本发明的最佳实施例的采用导频信道的扩展频谱通信系统的数据发送机和接收机的操作。
在采用导频信道的扩展频谱通信系统中，如前所述，发送的信号包括导频信号和数据。导频信号分量形成I信道信号分量，通信量数据分量形成Q信道信号分量。
在第一和第二乘法器202和205中，导频信号和数据分别被导频和通信量华尔氏码产生器203和206的输出相乘。第一和第二乘法器202和205的每个输出被分成I和Q信道。在I信道的情况下，在第三乘法器209，第一乘法器202的输出被从I信道PN码产生器207输出的I信道PN码相乘，在Q信道的情况下，在第四乘法器210，第一乘法器202的输出被从Q信道PN码产生器208输出的Q信道PN码相乘。此外，在I信道的情况下，在第五乘法器211，第二乘法器205的输出被从I信道PN码产生器207输出的I信道PN码相乘，在Q信道的情况下，在第七乘法器214，第二乘法器205的输出被从第六触发器212输出的-Q信道PN码相乘。
第三、第四、第七和第五乘法器209、210、214和211的输出分别通过第一至第四FIR滤波器215至218滤波。作为I信道加法器的第一加法器219将第一和第三FIR滤波器215和217的输出相加，并输出至第一D/A转换器221。第一D/A转换器221将这一输入信号转换成模拟信号。作为Q信道加法器的第二加法器220将第二和第四FIR滤波器216和218的输出相加，并输出至第二D/A转换器222。第二D/A转换器222将这一输入信号转换成模拟信号。
I信道分量的第一D/A转换器221的输出和Q信道分量的第二D/A转换器222的输出是这样的信号，其中导频和数据信号分量被组合在一起，并且分别通过第一和第二LPF 223和224。在第八乘法器225，第一LPF 223的输出被中频的同相分量cosWIFt相乘，在第九乘法器228，第二LPF 224的输出被中频的正交相位分量sinWIFt相乘。在第三加法器229，第八和第九乘法器225和228的输出相加，在第十乘法器230，加得的信号被载波信号cosWRFt相乘。假定WC是载波频率，则WC＝WIF+WRF。第十乘法器230的输出通过第一BPF 232，在放大器233中被放大，然后通过天线234传播到自由空间。
在接收机处，通过天线301接收的信号通过LNA 302和第二BPF 303进到第十一乘法器304。在第十一乘法器304接收的信号被cosWRFt相乘，然后转换成中频分量信号。第十一乘法器304的输出在第十二乘法器306中被中频的同相分量cosWIFt相乘，并在第十三乘法器308中被中频的正交相位分量sinWIFt相乘，然后通过第三和第四LPF 310和311转换成经扩展的信号分量。通过第一和第二A/D转换器312和313，第三和第四LPF 310和311的输出被转换成数字信号。在第一和第二去扩展器315和316中，该数字信号分别被I信道和Q信道PN码相乘，然后被去扩展。从通过I信道和Q信道PN码去扩展的信号中去除PN码分量。然后，第十四乘法器319将第一去扩展器315的经去扩展的输出信号与第一华尔氏码相乘。第十五乘法器320将第二去扩展器316的经去扩展的输出信号与第一华尔氏码相乘。
第十四和第十五乘法器319和320的输出被送至初始同步和同步检测器321中，进行PN码同步和同步检测操作。初始同步和同步检测器321的输出送至PN时钟控制器322。然后，PN时钟发生器323在PN时钟控制器322的控制下控制产生I信道和Q信道PN码产生器314的PN码时序。
如果检测到在初始同步和同步检测器321已经进行了PN码同步，那么通过利用第一和第二去扩展器315和316的经去扩展的输出信号，进行同步解调，以便得到经解调的数据。
在第十七和十九乘法器325和327，第一去扩展器315的输出信号被第一和第二华尔氏码相乘。在第十六和十八乘法器324和326，第二去扩展器316的输出信号被第一和第二华尔氏码相乘。
于是，第十六和十七乘法器324和325的输出是导频信号分量。第十八和十九乘法器326和327的输出是数据信号分量。在第一至第四存储和转储器328至331中，第十六至十九乘法器324至327的输出分别被存储和转储。第二和第三存储和转储器329和330的输出在第二十乘法器332中相乘，第一和第四存储和转储器328和331的输出在第二十一乘法器333中相乘。
减法器334从第二十乘法器332的输出中减去第二十一乘法器333的输出，于是输出减得的值。判断器335从减法器334的减得的值检测数据相位，然后输出经解调的数据。
简单地说，因为本发明除发送信息信号以外还发送导频信号，所以它能够在接收部分通过利用导频信号进行数据解调。此外，在本发明中，发送的导频信号总是“1”，发送的导频信道的PN码除了纯分量外不被调制。
如上所述，本发明的优点在于，当利用纯PN码可以进行PN码同步时，能够很方便地获取数据。另一个优点在于，通过从华尔氏码产生器输出的华尔氏码，可以很容易地分离导频信道和数据信道。

Claims (7)

1.一种利用同相伪随机噪声码和正交相位伪随机噪声码扩展第一和第二输入信号的复扩展电路，包含：
第一级(209，210)，用于利用所述同相伪随机噪声码和所述正交相位伪随机噪声码扩展所述第一输入信号，以分别产生第一和第二扩展信号；
第二级(214，211)，用于利用所述同相伪随机噪声码和所述正交相位伪随机噪声码扩展所述第二输入信号，以分别产生第三和第四扩展信号；及
第三级(219，220)，用于通过从所述第一扩展信号中减去所述第四扩展信号，而产生第一输出扩展信号；及通过将所述第二扩展信号加到所述第三扩展信号，而产生第二输出扩展信号。
2.根据权利要求1所述的复扩展电路，还包含：一乘法器(212)，具有用于接收所述正交相位伪随机噪声码的输入端及呈现所述正交相位伪随机噪声码的反相码的输出端。
3.根据权利要求1所述的复扩展电路，还包含：
第一乘法器(225)，其配置成通过将所述第一输出扩展信号和一中频信号中的同相分量相乘而产生第三输出扩展信号；
第二乘法器(228)，其配置成通过将所述第二输出扩展信号和所述中频信号中的正交相位分量相乘而产生第四输出扩展信号；及
加法器(229)，用于将所述第三输出扩展信号和所述第四输出扩展信号组合。
4.根据权利要求1所述的复扩展电路，还包含：
第一乘法器(225)，其配置成通过将所述第一输出扩展信号和一中频信号中的同相分量相乘而产生第三输出扩展信号；
第二乘法器(228)，其配置成通过将所述第二输出扩展信号和所述中频信号中的正交相位分量相乘而产生第四输出扩展信号；
加法器(229)，用于将所述第三输出扩展信号和所述第四输出扩展信号组合；及
第三乘法器(230)，其配置成将所述加法器(229)的输出信号和一载波信号相乘。
5.根据权利要求1所述的复扩展电路，还包含：
第一产生器(203)，用于提供第一沃尔什码；
第二产生器(206)，用于提供第二沃尔什码；
第四乘法器(202)，其配置成通过将第一接收信号与所述第一沃尔什码相乘而产生所述第一输入信号；及
第五乘法器(205)，其配置成通过以所述第二沃尔什码对第二接收信号进行调制而产生所述第二输入信号。
6.根据权利要求5所述的复扩展电路，还包含：
第一乘法器(225)，其配置成通过将所述第一输出扩展信号和一中频信号中的同相分量相乘而产生第三输出扩展信号；
第二乘法器(228)，其配置成通过将所述第二输出扩展信号和所述中频信号中的正交相位分量相乘而产生第四输出扩展信号；
加法器(229)，用于将所述第三输出扩展信号和所述第四输出扩展信号组合；及
第三乘法器(230)，其配置成将所述加法器(229)的输出信号和一载频信号相乘。
7.一种利用第一和第二扩展码信号扩展第一和第二输入信号的方法，包含下列步骤：
利用所述第一和第二扩展码信号扩展所述第一输入信号，以分别产生第一和第二扩展信号；
利用所述第一和第二扩展码信号扩展所述第二输入信号，以分别产生第三和第四扩展信号；
通过从所述第一扩展信号中减去所述第四扩展信号，而产生第一输出扩展信号；及
通过将所述第二扩展信号加到所述第三扩展信号，而产生第二输出扩展信号。
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