CN103634065B

CN103634065B - Cdma信号的生成和处理

Info

Publication number: CN103634065B
Application number: CN201310385787.3A
Authority: CN
Inventors: F·苏阿利; J-J·弗洛克; P·G·马托斯
Original assignee: STMicroelectronics Research and Development Ltd
Current assignee: STMicroelectronics Research and Development Ltd
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2018-01-26
Anticipated expiration: 2033-08-23
Also published as: EP2701323B1; CN103634065A; US20140056332A1; US8971383B2; EP2701323A1; ES2539362T3

Abstract

本发明涉及一种用于生成包括N个分量的CDMA信号s(t)的方法，其中所述方法包括下述行为：向N个分量中的每个分量分配一个唯一扩展序列a_n，所述一个唯一扩展序列a_n选自M个扩展序列的集合，并且在所分配的唯一扩展序列a_n上调制每个分量的符号d_n(S10)，并且将N个所述符号d_n组合成CDMA信号s(t)，所述N个符号d_n中的每个符号均被其自己的唯一扩展序列a_n扩展(S12)，其中所分配的扩展序列a_n被选择为使得在N个扩展序列的集合中的所有被选择的对是正交的或非常接近于正交，从而所有扩展序列a_n之间的互相关分量是零或接近于零，其中，所有调制的分量具有相同的符号持续时间。

Description

CDMA信号的生成和处理

技术领域

本发明涉及一种用于生成CDMA(码分多址)信号的方法，一种用于处理CDMA信号的方法，CDMA信号生成器，以及CDMA信号处理器。

背景技术

CDMA(码分多址)是一种用于传输信道接入的技术，其允许在相同的频带内同时传输几个信号。CDMA用在移动通信和卫星传输中，例如在相同频率范围内从诸如NAVSTAR-GPS或计划中的被称为GALILEO的欧洲GNSS的全球导航卫星系统(GNSS)的卫星向用户传输不同有效载荷数据流。CDMA还用于地面电信网络，例如用在第三代移动通信网络中。

本文所用的术语CDMA信号指的是码调制的信号，即其符号 (symbol)由扩展序列或扩展码调制的信号，该信号从例如GNSS卫星的发送机被传输到例如GNSS定位系统的接收机。例如，在 (NAVSTAR-)GPS中，每个卫星被分配一个唯一的C/A(粗接入)码和一个唯一的P(精密)码，作为用于生成和传输CDMA信号的扩展码。当在相同载波上传输多个码调制的信号时，对应的聚合信号被称为复用或互复用(interplexed)CDMA信号。每个构建复用CDMA信号的基本CDMA信号被称为一个分量(component)。

复用CDMA信号的获取、跟踪和数据解调需要复杂的信号处理算法，其能够在没有信息损失的情况下提取包含在接收的CDMA信号中的数据。在CDMA系统中的一个关键因素是热噪声，其是性能劣化的主要原因之一。热噪声通常是由传输信道和接收机前端的有源元件引起的。

发明内容

本发明的目的是改善CDMA信号的获取、跟踪或数据解调的性能。

这个目的通过独立权利要求的主题内容来实现。进一步的实施例由从属权利要求示出。

本发明的基本思想是约束用于CDMA信号的不同分量的符号的选择，以便改善对该信号的获取、跟踪或数据解调的性能。

符号属于分量，而CDMA信号可以包括几个分量。N表示分量的数目。分量可与借助于该分量的符号携带其自身信息的信道相比拟。在每个时刻，对每个CDMA信号的分量分配了一个唯一的扩展序列，其用于调制相应分量的符号。该序列对于每个分量是不同的，这使得能够将该分量从其他的N-1个分量中区分或隔离出来。根据本发明的实施例，用于编码给定分量的符号的扩展序列可以随着时间改变，只要其与用于调制其他分量的符号的其他序列不同、并且接收机知道扩展序列的改变计划，以便始终能接入期望的符号即可。在这种情况下，M个序列的池，其中M≥N，可用于随着时间调制N个分量的符号。几个分量可以通过相同的CDMA信号传输不同的信息。例如，根据本发明的生成和传送CDMA信号的GNSS卫星可以使用不同的分量来传输涉及不同GNSS服务的信息到GNSS接收机。然后， GNSS接收机可以通过使用相应的扩展序列或码来获取、跟踪和解调利用接收到的CDMA信号的不同分量传输的信息。

通过引入对传送的符号的约束，本发明使得能够通过减少作为性能劣化的主要原因之一的热噪声的影响来改善CDMA信号的获取、跟踪或数据解调的性能。为了实现这一目标，不同扩展序列之间的正交性和加性热噪声的随机特性被用来减小检测器(用于获取)和鉴别器(用于跟踪和解调)输出处的对应影响。信号的结构和有关的算法可以根据驱动性能和应用的类型(例如，应用需要快速地获取及低误比特率，或需要大的数据速率与低误比特率)而被调节。例如，本发明允许利用用于接收机设计的当前技术水平来创建如室内的服务，而不增加这些接收机的复杂性和成本。此外，CDMA信号可以具有恒定的包络(例如，使用多相移键控调制，即M-PSK)或没有(例如，使用正交幅度调制，即QAM)。

对传输符号的约束定义了分量的符号被选择以满足预定义的条件，例如，假设所有的调制分量具有相同的符号持续时间，则在一定时间段内每个时刻的所有符号的乘积是恒定值。例如，如果使用具有值+1或-1的二进制符号，则该约束可以定义每个时刻的所有符号的乘积按惯例在一定时间段内是+1或-1。

本发明的一个实施例涉及一种用于生成包括N个分量的CDMA 信号s(t)的方法，其中该方法包括以下行为：

向N个分量中的每个分量分配一个唯一的扩展序列a_n，其选自M 个扩展序列的集合，其中M≥N，例如PRN(伪随机噪声)序列，并且

在所分配的唯一扩展序列a_n上调制每个分量的符号d_n，以及

将每个均用其自己的唯一扩展序列a_n扩展的N个符号d_n组合为 CDMA信号s(t)，

其中所分配的扩展序列a_n被选择为使得在N个扩展序列的集合中的所有选定对是正交的或非常接近于正交，从而所有扩展序列a_n之间的互相关分量是零或接近于零：其中用于互相关的表达式为并且

其中，分量的符号d_n被选择为使得且 E₁∪E₂＝[1,2,..,k,..,N]，其中C^st被定义为常数，其例如对于二进制符号来说可以为+1或-1，其中E₁包含N₁个不同的整数索引，E₂包含N₂个不同的整数索引，其也不同于所述N₁个索引且N₁+N₂＝N，并且其中j₁和j₂对应于用于具有与符号周期T_symbol对应的持续时间T_int的两个码时期(epoch)的两个索引，并且

其中，所有调制的分量具有相同的符号持续时间T_symbol。例如， j₁和j₂可以是相同的(j₁＝j₂＝j)以表示相同的码时期j；或j₁和j₂可以是不同的，j₁＝j及j₂＝j+1，以表示两个连续的码时期；或j₁和j₂又可以是不同的，但现在j₁＝j及j₂＝j+Q，其中Q是一个整数常数，以表示被Q个码周期分隔的两个码时期。

特别是，在同一个时期j(这样j₁＝j₂＝j)所取的分量的N个符号 d_n(j)可以被选择为使得其中C^st指定常数，其对于二进制符号来说为例如+1或-1。对于这种特定的情况，它因此意味着条件仅适用于在相同的码时期传输的符号。

例如，扩展序列a_n可以是最大长度序列或Gold序列(也可以提出其他众所周知的扩展序列，如Kasami或Weil序列)。

在本发明的一个实施例中，可以提供偶数N个扩展序列a_n，其中在相同的时期j期间所取的N/(2×K)个符号d_n(j)必须被传输，且每个符号总是在(2×K)个不同的扩展序列上被调制以使得其中K＝1,2,3,....并且K能除尽(divide)N/2。因此，相同的符号由(2 ×K)个不同的扩展序列调制。例如，如果K＝1，则一个符号在两个不同的扩展序列上“成对地”被调制，并且如果K＝2，则一个符号在四个不同的扩展序列上被调制。

在本发明的另一个实施例中，可提供数目N个扩展序列a_n，且在相同的时期j期间所取的N个符号d_n(j)中的一个可以传输“虚拟 (dummy)”符号d_q(j)，以这样一种方式使得它的值与其他N-1个符号的乘积成比例：

其中C^st按规定是具有值+1或-1的常数。因为C^st按规定是具有值+1或-1的常数，所以最后的等式是可能的。事实上，对于二进制符号(+1/-1)，常数C^st的值也应当取+1或-1。一旦这个值按规定被认定，它就可以被用作处理对应CDMA信号的先验信息(priori)。

在本发明的另一个实施例中，可以提供偶数N个扩展序列a_n，且在时期j中所取的N个符号中的一半与下一个时期(j+1)中所取的N个符号的另一半的乘积是一个常数：

且E₁∪E₂＝[1,2,..,k,..,N]，其中C^st被定义为一个常数，其对于二进制符号来说例如可以是+1或-1，其中E₁包含 N₁＝N/2个不同的索引，并且E₂包含N₂＝N/2个不同的索引，其也不同于所述N₁个索引。

该方法可进一步包括下述行为：

将CDMA信号s(t)从基带上变频到传输频带。

根据本发明的又一个实施例，在一定时间段之后，新的唯一扩展序列a_n可从M个扩展序列的集合中被选出，该新选定的唯一扩展序列a_n可以被分配到N个分量，且每个分量的符号d_n可以在所分配的新的唯一扩展序列a_n上被调制。

本发明的又一个实施例涉及一种方法，其用于处理利用上述的本发明的方法生成的CDMA信号r(t)，并且其中用于处理的所述方法包括以下步骤：

在等于J+Q个扩展码周期的持续时间内接收CDMA信号r(t)，该持续时间对应于J+Q个扩展码时期，

在索引为j₁的扩展码时期内，将CDMA信号r(t)与N₁个扩展序列中的每一个相关，并且针对N₁个复相关中的每一个获得同相分量 A_k,In(j₁)和正交分量A_k,Quad(j₁)，

在索引为j₂的扩展码时期内，其中j₂＝j₁+Q，将CDMA信号r(t) 与N₂个扩展序列中的每一个相关，并且针对N₂个复相关中的每一个获得同相分量A_k,In(j₂)和正交分量A_k,Quad(j₂)，

将N＝N₁+N₂个同相分量A_k,In(j₁)和A_k,In(j₂)相乘，以获得N个相乘的同相分量A_k,In(j₁)和A_k,In(j₂)的输出，

将N＝N₁+N₂个正交分量A_k,Quad(j₁)和A_k,Quad(j₂)相乘，以获得N个相乘的正交分量A_k,Quad(j₁)和A_k,Quad(j₂)的输出，

将N个相乘的同相分量A_k,In(j₁)和A_k,In(j₂)的乘积与N个相乘的正交分量A_k,Quad(j₁)和A_k,Quad(j₂)的乘积相加，以获得对应于扩展码时期 J₂的检测器输出D_∏(j₂)，

重复上述步骤，以确定对应于J个连续的j₂索引值的J个连续的检测器输出D_∏(j₂)，

将对应于接收信号的J个连续的相关的J个连续的检测器输出 D_∏(j₂)相加。

如果接收信号不作为基带信号被发送，而是从基带上变频到频域进行传输，则CDMA信号r(t)的接收可以包括将接收信号下变频到基带以获得CDMA信号r(t)的基带表示。

在对应于第j个扩展码时期的时间段内，CDMA信号r(t)与每个索引为k的扩展序列a_k的相关可以根据下面的等式来执行：

其中，

k表示所需分量的索引，针对该分量计算相关A_k,In(j)和A_k,Quad(j)，

j是第j个时间段或时期的索引，其持续时间等于扩展码周期或等价于符号，针对其计算相关A_k,In和A_k,Quad，

t为时间变量，其属于时间间隔t_o+j·T_int≤t≤t_o+(j+1)·T_int，且t_o是任意时间原点，

P_Rx,n表示每个具有索引n的信号分量的接收功率(对于M-PSK 调制，所有信号分量具有相同的接收功率P_Rx,N；对于诸如QAM的其他类型的调制，基本(elementary)功率P_Rx,n可以有所不同)，

Δτ表示复制信号(replica)与接收信号之间的码偏移，

表示复制信号与接收信号之间的相位偏移，

Δf表示复制信号与接收信号之间的频率偏移，即多普勒，

表示码a_k和码a_k之间的自相关函数，用于自相关函数的表达式为

表示码a_k和码a_n之间的互相关函数，用于互相关函数的表达式为

T_int是相干积分时间，其等于符号的持续时间T_symbol，或扩展码周期，

和表示加性噪声的同相和正交分量，

其中认为对应的噪声分量是高斯分布的。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种计算机程序，它实现了如前所述的根据本发明的用于生成CDMA信号s(t)的方法，或一种如前所述的根据本发明的用于处理CDMA信号s(t)的方法。该计算机程序可以安装在例如具备用于CDMA信号的发射机或接收机的计算设备上。

根据本发明的另一个实施例，可以提供一种根据本发明的存储计算机程序的记录载体，例如CD-ROM、DVD、存储器卡、软盘、或类似的适合于存储用于电子接入的计算机程序的数据载体。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种根据本发明的用于生成 CDMA信号的CDMA信号生成器，包括

分配和调制装置，用于向N个分量中的每一个分量分配一个唯一扩展序列a_n，其选自M个扩展序列的集合且M≥N，并且用于在所分配的唯一扩展序列a_n上调制每个分量的符号d_n，以及

组合装置，用于将每个都被其自己的唯一扩展序列a_n扩展的N个符号d_n组合成CDMA信号s(t)，

其中，分配和调制装置被配置为，选择所分配的扩展序列a_n以使得在N个扩展序列的集合中的所有选定对是正交的或非常接近于正交，从而所有扩展序列a_n之间的互相关分量是零或接近于零：其中用于互相关的表达式为并且

其中，CDMA信号生成器被配置为，选择分量的符号d_n以使得且E₁∪E₂＝[1,2,..,k,..,N]，其中C^st被定义为常数，其对于二进制符号来说例如可以为+1或-1，其中E₁包含N₁个不同的整数索引，E₂包含N₂个不同的整数索引，其也不同于所述N₁个索引且N₁+N₂＝N，并且其中j₁和j₂对应于用于具有与符号周期T_symbol对应的持续时间T_int的两个码时期的两个索引，并且

特别是，生成器可以被配置为，在同一个时期j(从而j₁＝j₂＝j) 所取的分量的N个符号d_n(j)可以被选择使得其中C^st指定常数，其对于二进制符号来说可以例如为+1或-1。对于这种特定的情况，它因此意味着条件仅适用于在相同的码时期中传输的符号。

生成器可以进一步包括

存储本发明的计算机程序的存储器，所述计算机程序实现了根据本发明的用于生成CDMA信号s(t)的方法，以及

被存储的计算机程序配置以生成CDMA信号s(t)的处理器。

本发明的又一个实施例涉及CDMA信号处理器，其用于处理根据本发明生成的CDMA信号，并且包括

接收机，用于在等于J+Q个扩展码周期的持续时间内接收CDMA 信号r(t)，所述持续时间对应于J+Q个扩展码时期，

至少一个相关器，用于在索引为j₁的扩展码时期，将CDMA信号r(t)与N₁个扩展序列中的每一个相关，并且针对N₁个复相关中的每一个获得同相分量A_k,In(j₁)和正交分量A_k,Quad(j₁)，以及用于在索引为j₂的扩展码时期，其中j₂＝j₁+Q，将CDMA信号r(t)与N₂个扩展序列中的每一个相关，并且针对N₂个复相关中的每一个获得同相分量 A_k,In(j₂)和正交分量A_k,Quad(j₂)，

第一乘法器，用于将N＝N₁+N₂个同相分量A_k,In(j₁)和A_k,In(j₂)相乘，以获得N个相乘的同相分量A_k,In(j₁)和A_k,In(j₂)的输出，

第二乘法器，用于将N＝N₁+N₂个正交分量A_k,Quad(j₁)和A_k,Quad(j₂) 相乘，以获得N个相乘的正交分量A_k,Quad(j₁)和A_k,Quad(j₂)的输出，以及

加法器，用于将N个相乘的同相分量A_k,In(j₁)和A_k,In(j₂)的乘积与 N个相乘的正交分量A_k,Quad(j₁)和A_k,Quad(j₂)的乘积相加，以获得对应于扩展码时期j₂的检测器输出D_∏(j₂)，

其中，处理器被配置为确定对应于J个连续的j₂索引值的J个连续的检测器输出D_∏(j₂)，以及

第二加法器将对应于接收信号的J个连续的相关的J个连续的检测器输出D_∏(j₂)相加。

CDMA信号处理器可以进一步包括

存储根据本发明和如上所述的用于处理CDMA信号s(t)的计算机程序的存储器，以及

被存储的计算机程序配置以处理CDMA信号r(t)的处理器。

CDMA信号生成器和处理器都可以例如由一个或多个集成电路实现，例如芯片组或SoC(片上系统)。CDMA信号处理器可以被集成在移动设备中，诸如移动导航设备、智能电话、平板电脑、或笔记本电脑，以用于处理从例如GALILEO的GNSS接收的CDMA信号。

参考下文中描述的实施例阐明本发明的这些和其它方面，并且本发明的这些和其它方面将根据下文中描述的实施例而变得明显。

参照示例实施例，本发明将在下文中更详细地被描述。然而，本发明并不限于这些示例实施例。

附图说明

图1示出了根据本发明的用于实现生成CDMA信号s(t)的方法的算法的流程图；

图2示出了根据本发明的用于实现处理CDMA信号r(t)的方法的算法的流程图；

图3示出了根据本发明的CDMA信号生成器的框图，和根据本发明的用于处理接收到的经由传输信道从生成器传输到处理器的 CDMA信号的处理器的框图；

图4示出了在根据本发明生成的CDMA信号的N个分量的若干时期中的时间图，其中每个分量的符号d_n在其被分配的唯一的扩展序列a_n上被调制；以及

图5示出了CDMA信号处理器的框图，以示出在若干时期中对接收到的根据本发明生成的CDMA信号的处理。这里，考虑的是约束仅适用于在相同的码时期j期间传输的符号的具体情况。

具体实施方式

在下文中，描述了根据本发明的算法的实施例，其能够以高性能获取、跟踪和解调CDMA信号。这些信号是均利用示出良好互相关特性的PRN序列扩展(对所有延迟，PRN序列彼此之间都是正交的) 的符号的组合。

扩展码是正交的更好地显示出了对应算法的优点。

这些新的算法将提供用于获取的检测器或者用于跟踪的鉴别器。在这两种情况下，术语Π^N(或“PI”)检测器将用来描述这种检测器。

首先，参照图1-图3来详细说明本发明的基本原则。

在发送端

首先，说明了在发送侧对CDMA信号的生成。信号生成算法的流程图在图1中被示出：在算法的步骤S10中，唯一扩展序列a_n被分配给将要生成的CDMA信号的每个分量，并且N个分量的N个符号 d_n在所分配的扩展序列a_n上被调制。作为约束，N个符号满足条件并且E₁∪E₂＝[1,2,..,k,..,N]。在特殊情况下，取自同一码时期j的N个符号之间的条件可被应用。在第二个步骤S12中，N个符号d_n被组合为CDMA信号s(t)。下列等式给出了由本算法生成的传输信号的基带表示：

其中：

-N是同时传输的PRN序列的数目，

-j是第j个时间段(或时期)的索引，其持续时间等于扩展码周期或等价于符号T_symbol，

-L是所有N个序列的公共长度。a_n(t)序列的码片具有持续时间 T_c，

-d_n(j)是专用于索引为n的分量或信道的符号，并且特定的扩展序列a_n被分别分配给一个分量或信道，

-t为时间变量，其属于时间间隔t_o+j·T_int≤t≤t_o+(j+1)·T_int，其中t_o是任意时间原点，

-P_Tx,n表示每个信道的发射功率。对于M-PSK调制，所有信号分量具有相同的发射功率P_Tx,N。对于诸如QAM的其他类型的调制，基本功率P_Tx,n可以有所不同。因此集总功率为

在特定情况下，相同的符号可以应用到所有的PRN序列。

在该具体情况下，集总功率仍然是

在接收端

在下文中，说明对接收到的CDMA信号r(t)的处理。假设直接来源于s(t)并且应用了传播效应(自由空间损耗，大气影响，多径，…) 之后的接收信号r(t)在基带进行下变频。应当注意，对于直接使用在基带传输的信号的应用，当然下变频是不需要的。

对应的在步骤S20(图2)中接收到的信号的基带表示可以写为 (忽略多径效应)：

其中

-P_Rx,n表示每个信号分量n的接收功率。对于M-PSK调制，所有信号分量具有相同的接收功率P_Rx,N。对于诸如QAM的其他类型的调制，基本功率P_Rx,n可以有所不同。

-n_th(t)表示具有双边带功率谱密度N_o/2的附加的热噪声。

-表示信号的残余载波相位。

处理

根据本发明新提出的一类运算(operator)的基本原理包括，首先在对应于第j个扩展码时期的时间段内将所接收的信号与扩展PRN序列a_n(步骤S22)中的每一个相关。对PRN序列a_n和接收信号的第j 个扩展码时期的选择是根据在生成CDMA信号时引入的约束执行的。这意味着，N个相关中的一部分，即N₁个相关，将在接收信号的第j₁个扩展码时期来执行，而N个相关中的另一部分，即N₂(其中N₁+N₂＝N)个相关，将在第j₂个扩展时期来执行。用于扩展码时期的索引j₁和j₂使得j₂＝j₁+Q。对于每一个相关，对第j个时间(第j₁或j₂个)扩展码时期评估的对应相关器输出的同相和正交分量被给出为：

其中：

-k表示所需分量的索引，针对该分量计算相关A_k,In(j)和A_k,Quad(j) 两者，

-j是第j个时间段(或时期)的索引，其持续时间等于扩展码周期或等价于符号，针对其计算相关A_k,In和A_k,Quad两者，

-t为时间变量，其属于时间间隔t_o+j·T_int≤t≤t_o+(j+1)·T_int，且t_o是任意时间原点，

-P_Rx,n表示具有索引n的每个信号分量的接收功率(对于M-PSK 调制，所有信号分量具有相同的接收功率P_Rx,N，对于诸如QAM的其他类型的调制，基本功率P_Rx,n可以有所不同)，

-Δτ表示复制信号与接收信号之间的码偏移，

-表示复制信号与接收信号之间的相位偏移，

-Δf表示复制信号与接收信号之间的频率偏移(多普勒)，

-表示码a_k和码a_k之间的自相关函数。下文中，用于自相关函数的表达式被提供为

-表示码a_k和码a_n之间的互相关函数。下文中，用于互相关函数的表达式被提供为

-T_int是相干积分时间，其等于符号的持续时间或扩展码周期，

-和表示加性噪声的同相和正交分量。这里假设对应的变量是高斯分布的，这主要是接收链的过滤器带宽足够宽时的情况。

考虑相同的符号调制所有PRN序列的特定情况：

在针对第j₂个扩展码时期所评估的D_Π(j₂)检测器的生成中的第二步骤包括，将N个同相相关器输出相乘在一起(步骤S24，S26)，并将对应的乘积与N个正交相位相关器输出的乘积相加(步骤S28)。在这里考虑了一般的情况，其中关于符号值的约束适用于属于两个不同的码时期j₁和j₂的符号，其中j₂＝j₁+Q。

其中索引的整体E1和E2的组合包含所有从1到N的整数索引： E₁∪E₂＝[1,2,..,k,..,N]。因此，检测器的输出是对应于码时期j₁和j₂的相关器输出的组合。由于码时期j₁和j₂是j₂＝j₁+Q，因此只用索引j₂来表示检测器的输出是可能的，因此得到D_Π(j₂)。

特别地，当可适用于符号的约束仅应用于在相同的码时期j(其中j＝j₁＝j₂)期间传输的符号时，形成N个同相相关器的乘积和N个正交相关器的乘积的总和。

在D_Π检测器的生成中的最后一步包括将J个连续的D_Π(j₂)检测器的输出相加，其中每个输出在码时期j₁和j₂中被计算并且j₂＝j₁+Q，并且j₂如在步骤(S30)所示从Q改变到J+Q。

图3示出了CDMA信号生成器10的框图，和用于处理生成器10 生成的并经由传输信道18传输到处理器的信号的CDMA信号处理器 20的框图。

在生成器10中，分配和调制装置16向N个分量或信道14中的每一个分配具有长度L的唯一扩展PRN序列a_n 12，并且在所分配的唯一扩展序列a_n上调制每个信道的符号d_n。在每一时刻由CDMA信号传输的N个符号之间的条件和 E₁∪E₂＝[1,2,..,k,..,N](附图标记13)被引入。装置16根据所示的等式将 N个符号d_n组合为CDMA信号s(t)。然后，CDMA信号s(t)经由传输信道18被传送到处理器20，传输信道18将热燥声n_th(t)添加到信号 s(t)，信号s(t)的功率被发射器(emitter)和发射机之间的传播损耗降低。处理器20的接收机22接收到CDMA信号r(t)＝s(t)+n_th(t)。相关器24和26将CDMA信号r(t)与每个扩展序列相关，并且相关器24 根据所选的分量k针对N个相关中的每一个获得同相分量A_k,In(j₁)或 A_k,In(j₂)，并且相关器26根据所选的分量k针对N个相关的每一个获得正交分量A_k,Quad(j₁)或A_k,Quad(j₂)，其被转发到乘法器28。第一乘法器(在块28中)将N个同相分量A_k,In(j₁)和A_k,In(j₂)相乘，以获得N 个同相分量A_k,In(j₁)和A_k,In(j₂)的相关器输出，并且第二乘法器(在块 28中)将N个正交分量A_k,Quad(j₁)和A_k,Quad(j₂)相乘，以获得N个正交分量A_k,Quad(j₁)和A_k,Quad(j₂)的相关器输出。加法器(也在块28中) 将N个同相分量A_k,In(j₁)和A_k,In(j₂)的相乘的相关器输出和N个正交分量A_k,Quad(j₁)和A_k,Quad(j₂)的相乘的相关器输出相加，以获得检测器输出D_∏(j₂)。最后，针对接收信号的J个连续扩展码时期的J个连续的和基本的检测器输出被相加(块30)。

图4示出了根据本发明生成的CDMA信号的N个分量的J个时期的时间图。N个分量的符号d₁至d_N分别在它们的被分配的唯一扩展序列a₁至a_N上进行调制。每个时期1到J具有对应于符号周期T_symbol的持续时间T_int。扩展序列a₁至a_N被选择为，使得它们是正交的或至少是接近于正交的，从而N个扩展序列a_n之间的互相关分量是零或接近于零。

图5示出了CDMA信号处理器的框图，以显示在若干时期j＝1 到J内对接收到的根据本发明生成的CDMA信号的处理。在这个示例中，取自相同的码时期j的符号d_n(j)之间的以下约束已被应用于信号的生成。可以对于更普遍的约束提出类似的框图。处理器具有模拟和数字前端以在若干时期内接收信号r(t)，其输出正交分量r_Quad(t)和同相分量 r_In(t)以进行进一步的处理。分量r_Quad(t)和r_In(t)在时期j＝1到J与对应于这些时期的扩展序列相关。然后，N个同相(相应的正交)相关器输出在每个时期内被相乘。针对每个时期j，同相和正交分量的乘积被形成然后被相加。最后，在接收信号的J个连续的扩展码时期内的 J个连续的和基本的检测器输出形成最终的检测器输出。

为了示出对应的Π^N运算相对于使用诸如匹配滤波器方法的其他更传统的运算的优势，确定贡献(感兴趣的信号)和随机贡献(由于热噪声引起的)在以下分别被分析。

出于说明的目的，在下面提出了假设所有的分量接收相同的功率：P_Rx,n＝P_Rx,N，(如M-PSK的情况)。类似的方法可以应用于其他类型的调制，诸如QAM。

此外，在该示图中考虑了当符号间的约束仅适用于在相同的码时期j传输的符号的具体情况。

最后，提出了首先考虑在单个扩展码时期(J＝1)内对检测器输出的评估。随后，将解释累积J个连续的检测器输出的优势(J>1)。

集中于确定分量(除去噪声贡献)

其然后可以被表示为：

作为说明性的情况，考虑在获取过程期间的假设(在码-多普勒网格中)是这样的：复制信号和接收信号是对准的(Δτ＝0)。这种情况对应于相关的主峰，此时由于任何码未对准引起的损耗为零。

此外，假设所有扩展序列{a_i}之间的互相关分量为零：为了实现这一目标，适当的码设计将必须确保所有被选择的对(在N 个应用的扩展序列集合内)是正交或非常接近于正交的。作为示例， m(最大长度)个序列的集合中的优选对示出了这种所需的非常有利的相关特性。

当然，N个自相关函数变为

在这种情况下生成了

因此，检测器的输出看起来与P_N ^N/2是成比例的。

必须注意，如果N个符号d_n(j)是独立的，则检测器输出可以是 +P_N ^N/2或-P_N ^N/2(当时)，而如果对应的符号d_n(t)之间存在一定的约束则总是“强制”对应的检测器输出具有相同的记号(sign)是可能的。强制检测器输出的记号并从而为判决提供“先验信息”可以提高获取性能，并且例如在GNSS应用中减少误报警概率。例如，如果检测器的输出先验已知是正的，则所有负的检测器输出可以被拒绝，并因而在误报警概率上实现了约为2的增益因子 (如果检测器先验已知是负的，类似的推理也适用：在这种情况下，所有正的检测器输出可能会被丢弃)。

这里提出了两个可能的解决方案，以“强制”检测器输出具有一个特定的记号：

约束1：如果相同的符号始终在两个(相应的或2×K个)不同的扩展序列上被调制，则将有(N/2)(相应的N/(2×K))个乘积为1：即当然这里假设N为偶数并且N/2可被K除尽。

约束2：另一个条件可以包括具有N个扩展序列，并且一个信道传输一个“虚拟”符号d_q(j)，以这种方式使得：

因为符号是二进制的(+1/-1)，因此出现在前面等式中的常数 C^st应取值+1或-1。于是按规定其为固定值(以保证先验信息)。

关于“约束1”的优点是，只有N个符号中的一个不用于数据传输(这导致较小的有效符号速率的降低)，而不是减少传输的不同符号的数目(及因此的有效符号速率)的一半(相应的1/(2×K))。事实上，该符号不提供任何有用的信息，因为它是所有其它符号的乘积。在一定意义上，它可以被视为被牺牲了。第二个优点是，这里的N可以是奇数或偶数。

用于“强制”检测器输出的记号的这两种解决方案显示了符号速率(对第二个约束较大)和误比特率(对第一个约束更好，因为解调时更多的能量可用于相同的符号)之间存在的权衡。

考虑到相同的符号调制所有PRN序列的特定情况时，检测器输出变为：

如果N是偶数，则检测器输出将自动地始终为正，并且再次，拒绝所有负的检测器输出是可能的。这以N倍低的符号速率的代价来实现，但当然每比特可用N倍大的能量。

集中于随机分量

事实上，对应的Π^N运算的主要优点在于对随机贡献的大幅度减少，这是由于同相(n_c(t))或正交(n_s(t))噪声分量之间的正交性，或者对零码偏移或对非零码偏移的扩展序列之间的正交性引起的。

当考虑涉及噪声和扩展码之间的相关性的以下两个积分的乘积时，该基本原理可说明为：

和

其中噪声分量可以是热噪声的同相或正交相位分量，并且扩展序列a_n可能或可能不与扩展序列a_k不同。

这两个积分对应于当考虑到两个相关器输出的基本相乘时将被相乘的随机贡献。由于和是高斯分布的，因此它们与二进制序列a_n(u)或a_k(u)相乘的结果也仍然是高斯分布的，并且对应的的和(积分)也是高斯分布的。

此后，考虑噪声和扩展序列a_n(u)/a_k(u)的不同组合：

情况1：在两个积分中，有相同的噪声贡献或但有两个不同的扩展序列a_n(u)和a_k(u)。这里，考虑用于两个积分的情况以用于说明。

如果两个扩展序列a_n(u)和a_k(u)是完全正交的，即则前述两个积分的乘积的期望(exception)是零。

情况2：两个积分中有不同的噪声贡献或并有相同的扩展序列a_k(u)等于a_n(u)。

事实上，按定义，两个同相和正交的噪声分量是相互独立的。

情况3：两个积分中有不同的噪声贡献或并有两个不同的扩展序列a_n(u)和a_k(u)。这种情况仅仅是前两个情况的组合，因此前述两个积分的乘积的期望为零。

情况4：两个积分中有相同的噪声贡献或并有相同的扩展序列a_k(u)等于a_n(u)。

事实上，序列a_n(t)的自相关为1。

因此，可以证明，由于码a_n(u)和a_k(u)或者噪声和的正交性，在四个积分相乘的情况中的3个等于零。

在前面的示例中，只考虑了两个积分的乘积。当考虑Π^N检测器时，N个这样的积分将被相乘。于是适用两种主要情况：

-如果N是奇数，则N个高斯变量的乘积的期望是零。

-如果N是偶数，则数学定理表明

其中

-X_i表示等于的高斯变量，并且S是所有N 个X_i的合集：S＝{X_i}_i∈[1:N]。

-A表示S的成对不相交的和非空子集的合集，其并集为S。设 A是{1,2,…,2N}的一个分区。如果每个集合A∈A恰恰有两个元素，A被称为对分区(pair-partition)。为了说明前面的理论，示出了N＝4 的情况：

E{X₁ X₂ X₃ X₄}＝ρ₁₂.ρ₃₄+ρ₁₃.ρ₂₄+ρ₁₄.ρ₂₃ (等式2)

等式(等式1)和(等式2)以这种方式示出了N个高斯变量的乘积的期望可以被分解成涉及高斯变量对的基本期望的乘积的和。因为之前示出了，由于码的正交性和噪声的独立属性，对应的乘积大部分的时间为零，所以可以预期对应的期望值和因此对Π^N检测器的随机贡献随着N变大而迅速消失。

为了比较所提出的发明的优点，也提出与更传统的基于匹配滤波器的检测器来比较对应的性能。这些性能将用检测器D的SNR比率来测量，其定义为：

匹配滤波器的两种情况将被考虑：

第一种情况适用于当相同的符号d(j)在所有N个信道上传输的情况。一种传统的运算包括将接收信号与N个复制信号的总和相关(相当于将相关器输出相加)，并添加对应的同相和正交的相加的相关器输出的平方。对应的检测器被称为(下标c代表相干)。

在这里对应的检测器的确定部分被再次评估。为此，假定互相关在k≠n时等于零。在这种情况下，的确定部分看起来是(再次忽略噪声贡献)：

当比较和检测器的解析表达式时，一些差异可以被强调：

首先，多普勒失配Δf的效应在的输出值上比在检测器的输出值上劣化的少，因为以多普勒失配Δf为参数(argument)的sinc函数在传统的检测器中被平方，而它在检测器中是N次方。因此，听起来传统的匹配检测器比新提出的检测器更有效。然而，对于对应的多普勒失配不是那么高的应用，对应的多普勒失配的效应是有限的。这就是用地面发射机(信标、发射基站)的地面应用的情况，如室内应用。

对于P_N<1时，N²P_N(适用于)大于P_N ^N/2(适用于)，且的输出变得比的输出大。现在，对于P>1，的输出对于一些N 的值将超过的输出，其取决于P。所以，情况发生逆转，并且因此关于N²P_N(适用于)或P_N ^N/2(适用于)项，没有普遍优势可以被声明(利与弊取决于P和N的配置)。

此外，利用仿真可以示出，由于码正交性和噪声独立的上述特性，随机贡献在检测器中比在中减少的更多。N为奇数时更是如此。相对于的随机项的该降低也将补偿之前强调的确定项的差异。

最后，检测器适用于相同的符号在CDMA信号的所有N个分量上被调制的情况，而对于N个不同的符号可以被调制。即使一个符号不得不被牺牲(当考虑使用第二个选项以保证检测器输出的恒定值时)，适用于检测器的信号的整体数据吞吐量要大于用于检测器的，尤其是当N较大时(例如具有N＝16个不同分量的QAM-16) 的信号的整体数据吞吐量。

用于比较的第二个可能的检测器适用于N个不同的符号d_n(t)在N 个信道上传输的情况。在这里不可能直接添加对应的相关器输出。需要首先将它们平方，以抑制符号翻转的效应。对应的检测器被称为 (下标nc代表非相干)。

在这里对应的检测器的确定部分被再次评估。与检测器同样的假设应用在这里：

当与检测器的输出比较时，检测器的输出看起来小了N倍，但当然符号速率大了N倍。当比较检测器输出与检测器输出时，可以提出与的输出类似的声明。

多普勒失配的依赖在检测器的输出上比在检测器的输出上可能降低的更多，但又对于低多普勒的应用(地面、室内、等...)，这种差异不会是显著的。

对于P_N<1，NP_N(适用于)大于P_N ^N/2(适用于)，并且的输出变得比的输出大。现在对于P>1，的输出对于一些N的值将超过的输出，其取决于P(这些值比的情况要小)。同样，关于NP_N(适用于)或P_N ^N/2(适用于)项，没有普遍优势可以被声明。

对于利用仿真可以示出，由于码正交性和噪声独立的上述特性，随机贡献在检测器中比在中减少的更多。

现在，检测器比检测器具有更大的比特速率，因为对于没必要在N个符号中牺牲一个数据符号。当然，对于分量数目较大的情况(像具有N＝16个分量的QAM-16)，这个差异变得最小。

作为结论，当不仅要考虑检测器输出的确定部分的绝对值，也要考虑有效数据(符号)速率及随机部分的贡献(其对于由于码的正交性和噪声独立性而消失的更多)，的检测性能必须与和的检测性能相比较。

前面的定性、半定量的测评是针对在单个码时期(J＝1)上评估的Π^N检测器推导的。现在Π检测器的第二个显著好处是，由于符号间的条件(它们的乘积总具有相同的值)，码的符号变化被抑制，所以在多个时期累积连续的检测器输出成为可能。因此，在多个符号周期内、甚至许多秒内积分成为可能，而没有符号比特边缘的问题，或甚至小的频率误差。

在条件应用于对应于相同的扩展码时期j的符号时，提出了前面的测评。当考虑约束应用于在两个不同的扩展码时期j₁和j₂中的符号之间的情况时，可以得出类似的测评。应用此替代情况的这种类型的检测器使得能够确定时期j₁和j₂之间的相位变化。该检测器可以因而用作锁相环或锁频环的鉴别器。

Claims

1.一种用于生成包括N个分量的CDMA信号s(t)的方法，其中所述方法包括下述行为：

向所述N个分量中的每个分量分配一个唯一扩展序列an，所述一个唯一扩展序列an选自M个扩展序列的集合，其中M≥N，并且在所分配的唯一扩展序列an上调制每个分量的符号dn(S10)，以及

将N个所述符号dn组合成CDMA信号s(t)(S12)，所述N个符号中的每个符号都被其自己的唯一扩展序列an扩展，

其中所分配的扩展序列an被选择为使得在N个扩展序列的集合内的所有被选择的对是正交的或非常接近于正交，从而所有扩展序列an之间的互相关分量是零或接近于零：其中用于所述互相关的表达式为

并且

其中，所述分量的符号dn被选择为使得且Ε₁∪Ε₂＝[1,2,..,k,..,N]，其中Cst被定义为常数，其中E1包含N1个不同的整数索引，E2包含N2个不同的整数索引，所述N2个不同的整数索引也不同于所述N1个索引，且N1+N2＝N，并且其中j1和j2对应于用于具有与符号周期Tsymbol对应的持续时间Tint的两个码时期的两个索引，并且

其中，所有调制的分量具有相同的符号持续时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中j1＝j2＝j，并且所述分量的N个符号dn(j)可以被选择为使得其中对于二进制符号，Cst指定为+1或-1的常数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中提供了偶数N个扩展序列an，其中N/(2×K)个符号dn(j)必须被传输，并且每个符号总是在(2×K)个不同的扩展序列上被调制以使得其中K＝1,2,3,...并且K能除尽N/2。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中提供了数目N个扩展序列an，并且在相同的时期j期间所取的N个符号dn(j)中的一个符号以下述方式传输“虚拟”符号dq(j)，所述方式为：其值与N-1个其他符号的乘积成比例：

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其中Cst按规定是具有值+1或-1的常数。

5.根据权利要求1所述的方法，其中提供了偶数N个扩展序列an，并且在时期j中所取的N个符号中的一半与在下一个时期(j+1)中所取的所述N个符号的另一半的乘积是常数：

且Ε₁∪Ε₂＝[1,2,..,k,..,N]，

其中Cst被定义为常数，其中E1包含N1＝N/2个不同的索引，并且E2包含N2＝N/2个不同的索引，所述N2＝N/2个不同的索引也不同于所述N1个索引。

6.根据权利要求1或2或5所述的方法，进一步包括下述行为：

将所述CDMA信号s(t)从基带上变频到传输频带。

7.根据权利要求1或2或5所述的方法，其中在特定时间段之后，新的唯一扩展序列an被从M个扩展序列的集合中选出，新选择的所述唯一扩展序列an被分配到所述N个分量，并且每个分量的所述符号dn在所分配的新的唯一扩展序列an上被调制。

8.一种用于处理CDMA信号r(t)的方法，所述CDMA信号r(t)是利用前述权利要求中的任一项所述的方法生成的，并且其中用于处理的所述方法包括以下步骤：

在等于J+Q个扩展码周期的持续时间内接收CDMA信号r(t)(S20)，所述持续时间对应于J+Q个扩展码时期，其中J和Q为整数，

对于索引为j1的扩展码时期，将所述CDMA信号r(t)与所述N1个扩展序列中的每一个相关，并且针对N1个复相关中的每一个复相关获得同相分量Ak,In(j1)和正交分量Ak,Quad(j1)(S22)，

对于索引为j2的扩展码时期，其中j2＝j1+Q，将所述CDMA信号r(t)与所述N2个扩展序列中的每一个相关，并且针对N2个复相关中的每一个复相关获得同相分量Ak,In(j2)和正交分量Ak,Quad(j2)(S22)，

将所述N＝N1+N2个同相分量Ak,In(j1)和Ak,In(j2)相乘，以获得所述N个同相分量Ak,In(j1)和Ak,In(j2)的输出(S24)，

将所述N＝N1+N2个正交分量Ak,Quad(j1)和Ak,Quad(j2)相乘，以获得所述N个正交分量Ak,Quad(j1)和Ak,Quad(j2)的输出(S26)，并且

将N个相乘的同相分量Ak,In(j1)和Ak,In(j2)的乘积与N个相乘的正交分量Ak,Quad(j1)和Ak,Quad(j2)的乘积相加，以获得对应于所述扩展码时期J2的检测器输出D∏(j2)(S28)，以及

重复前述步骤，以确定对应于J个连续的j2索引值的J个连续的检测器输出D∏(j2)，

将对应于接收信号的J个连续的相关的J个连续的检测器输出D∏(j2)相加(S30)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中对CDMA信号r(t)的所述接收包括将接收信号下变频到基带以获得所述CDMA信号r(t)的基带表示。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中在对应于第j个扩展码时期的时间段内，所述CDMA信号r(t)与具有索引k的所述扩展序列ak中的每一个扩展序列的相关根据下面的等式来执行：

其中，

k表示所需分量的索引，针对所述所需分量计算相关Ak,In(j)和Ak,Quad(j)两者，

j是第j个时间段或时期的索引，其持续时间等于所述扩展码周期或等价于所述符号，针对所述时间段或时期计算相关Ak,In和Ak,Quad两者，

t为时间变量，其属于时间间隔to+j·Tint≤t≤to+(j+1)·Tint，且to是任意时间原点，

PRx,n表示每个索引n的信号分量的接收功率，

△τ表示复制信号与接收信号之间的码偏移，

表示所述复制信号与接收信号之间的相位偏移，

Δf表示所述复制信号与接收信号之间的频率偏移--多普勒，

表示码ak和码ak之间的自相关函数，其中用于所述自相关函数的表达式为

表示码ak和码an之间的互相关函数，其中用于所述互相关函数的表达式为

Tint是相干积分时间，其等于符号的持续时间Tsymbol或扩展码周期，

和表示加性噪声的同相和正交分量，

其中假设对应的噪声分量是高斯分布的。

11.一种存储计算机程序的记录载体，所述计算机程序在被执行时实施权利要求1至7中任一项或者8至10中任一项所述的方法。

12.一种CDMA信号生成器(10)，包括

分配和调制装置(16)，用于向N个分量(14)中的每一个分量分配唯一扩展序列an(12)，所述唯一扩展序列an选自M个扩展序列的集合，其中M≥N，并且用于在所分配的唯一扩展序列an上调制每个分量的符号dn，以及

组合装置(16)，用于将N个符号dn组合成CDMA信号s(t)，其中所述N个符号中的每个符号被其自己的唯一扩展序列an扩展，

其中，所述分配和调制装置(16)被配置为，选择所分配的扩展序列an以使得，在N个扩展序列的集合内的所有被选择的对是正交的或非常接近于正交，从而所有扩展序列an之间的互相关分量是零或接近于零：其中用于所述互相关的表达式为并且

其中，所述CDMA信号生成器(10)被配置为，选择所述分量的符号dn以使得且Ε₁∪Ε₂＝[1,2,..,k,..,N]，其中Cst被定义为常数，其中E1包含N1个不同的整数索引，E2包含N2个不同的整数索引，所述N2个不同的整数索引也不同于所述N1个索引且N1+N2＝N，并且其中j1和j2对应于用于具有与符号周期Tsymbol对应的持续时间Tint的两个码时期的两个索引，并且

其中，所有调制的分量具有相同的符号持续时间。

13.根据权利要求12所述的生成器，进一步包括

存储实现权利要求1到7中的任一项所述的方法的、权利要求11中的计算机程序的存储器，以及

被所存储的计算机程序配置以生成CDMA信号s(t)的处理器。

14.一种CDMA信号处理器(20)，包括

接收机(22)，用于在等于J+Q个扩展码周期的持续时间内接收CDMA信号r(t)，所述持续时间对应于J+Q个扩展码时期，其中J和Q为整数，

至少一个相关器(24，26)，用于在索引为j1的扩展码时期中，将所述CDMA信号r(t)与N1个扩展序列中的每一个扩展序列相关，并且针对N1个复相关中的每一个复相关获得同相分量Ak,In(j1)和正交分量Ak,Quad(j1)，以及用于在索引为j2的扩展码时期中，其中j2＝j1+Q，将所述CDMA信号r(t)与N2个扩展序列中的每一个扩展序列相关，并且针对N2个复相关中的每一个复相关获得同相分量Ak,In(j2)和正交分量Ak,Quad(j2)，

第一乘法器(28)，用于将N＝N1+N2个所述同相分量Ak,In(j1)和Ak,In(j2)相乘，以获得N个相乘的同相分量Ak,In(j1)和Ak,In(j2)的输出，

第二乘法器(28)，用于将N＝N1+N2个所述正交分量Ak,Quad(j1)和Ak,Quad(j2)相乘，以获得N个相乘的正交分量Ak,Quad(j1)和Ak,Quad(j2)的输出，以及

加法器(28)，用于将所述N个相乘的同相分量Ak,In(j1)和Ak,In(j2)的乘积与所述N个相乘的正交分量Ak,Quad(j1)和Ak,Quad(j2)的乘积相加，以获得对应于所述扩展码时期j2的检测器输出D∏(j2)，

其中，所述处理器被配置为确定对应于J个连续的j2索引值的J个连续的检测器输出D∏(j2)，以及

第二加法器(30)，用于将对应于接收信号的J个连续的相关的J个连续的检测器输出D∏(j2)相加。

15.根据权利要求14所述的CDMA信号处理器，进一步包括

存储实现权利要求8到10中的任一项所述的方法的计算机程序的存储器，以及

被所存储的计算机程序配置以处理CDMA信号r(t)的处理器。