CN1086646A

CN1086646A - 蜂窝通信系统

Info

Publication number: CN1086646A
Application number: CN93117643A
Authority: CN
Inventors: P·J·卡比翁; C·K·包
Original assignee: CSIR Corp
Current assignee: CSIR Corp
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1993-07-31
Publication date: 1994-05-11
Also published as: BR9303233A; ZA935527B; EP0586090A1; AP9300569A0; AP421A

Abstract

本发明提供了一种具有至少一个中心站和多个远端站的蜂窝通信系统。中心站发送一个同步信号到各远端站。当一个远端站希望经过中心站始发对另外一个远端站的呼叫时，它发送第一呼叫信号到中心站，和使该远端站与中心站的操作同步。然后中心站发送第二呼叫信号到被叫远端站，而且也使这个远端站与中心站的操作同步。同步信号一般包括由具有低交叉相关的第一和第二同步码调制的同相和正交载波，这样该类别的最大长度伪噪声码用于产生金色码。

Description

本发明涉及一种蜂窝通信系统，这一系统作为一种蜂窝扩频电话系统的典型实现。

蜂窝电话系统的设备使用了独立的和发送并接收射频信号的电话单元，该系统对系统设计者提出许多要求。人们希望使构成系统的各单元的功率消耗与发射功率为最小，并且还能提供尽可能大的工作范围。人们还需要降低各单元之间的干扰，和尽可能降低其对外部干扰的敏感性。当然，人们还希望减少电子电路和实现该系统所需的其它硬件的成本。

按照本发明的第一方面，在一个包括至少一个中心站和多个远端站的通信系统中建立第一和第二远端站之间通信链路的方法，包括如下步骤：

从中心站向远端站送于至少一个同步信号;

从第一远端站向中心站发送第一呼叫信号以启动通信链路的建立;

利用到中心站的第一呼叫信号中的信号同步第一远端站的操作与中心站的操作;

从中心站向第二远端站发送第二呼叫信号;

从第二远端站向中心站发送应答信号;和

利用在应答信号中的信息同步第二远端站的操作与中心站的操作，以完成通信链路的建立，使得第一和第二远端站之间经过中心站传输的数据在远端站和在中心站是同步进行的;

至少一个同步信号可以包括分别由具有低交叉相关的第一和第二同步码调制的同相和正交载波;

同步码最好具有公共时钟或时间片周期，和最好为相同的长度;

同步码可以是最大长度的伪噪声码;

同步码最好是对于低平均交叉相关所选出的码的“优选对”。

在本说明书中，术语“优选对”是指用于产生金色码（Gold-code）的码的类别。

各远端站的操作与中心站操作的同步最好是在延迟锁定环路中通过对每个远端站接收的同步信号进行处理来实现的。

各远端站可以是电话单元。

再根据本发明的第一方面，通信系统包括至少一个中心站和多个远端站，中心站包括：

主码发生器装置;

主控制装置;和

多个收发信机模块;

每个远端站包括：

收发信机装置;

本机同步装置;

本机码发生器装置;和

本机控制装置。

该系统适合从中心站向各远端站发送至少一个同步信号;从第一远端站向中心站发送第一呼叫以启动一条通信链路的建立;利用发到中心站的第一呼叫信号中的信息，同步第一远端站的操作与中心站的操作;从中心站向第二远端站发送第二呼叫信号;从第二远端站向中心站发送应答信号;和利用应答信号中的信息同步第二远端站的操作与中心站的操作，因此经中心站在第一和第二远端站之间建立一条通信链路，经由中心站在第一与第二远端站之间所传送的数据是在远端站和中心站中同步地处理。

中心站的主控制装置可以是一个微处理器。

主码发生器装置可以包括适合于产生最大长度伪噪声码的一个码发生器。

每个远端站的本机同步装置可以包括一个延迟锁定环路。

延迟锁定环路可包括在该环路中的伪噪声码发生器。

从中心站向远端站发送的至少一个同步信号最好包括分别由具有低交叉相关的第一和第二同步码调制的同步和正交载波。

图1是按照本发明的蜂窝通信系统的示意图;

图2是该系统的单个网孔的示意图;

图3是该系统的中心站的示意图;

图4是该系统的电话单元的示意图;

图5是图4的电话单元的方框电话单元示意图;和

图6a至6e是代表该系统产生的信号特性图。

首先参照图1和图2，示意性地表示按照本发明的蜂窝通信系统。该系统包括许多单独的网孔10，这些网孔10理想地是六角地安排为每群六个网孔的群12。在每群12的中心是主站14，在每个网孔10的中心具有附加的中继路16。主站14可以经过常规的通信链路，例如电缆、光纤或者利用无线或微波链路互连。图2更为详细地表示单个的网孔10。在连接到中继器16的每个网孔中心是中心站18，它以单个电话20形式与多个远端站进行通信。网孔10理想地是六角形的，取决于诸如所用的发送功率和该区域的地形各种因素，一般任何电话20与中心站18之间的最大距离是10公里。一般来说，在单个网孔10中，可以有多达1000个电话单元20。电话单元20与中心站18的微波频率通信，在每个电话旁边表示出极化图，该图表示该电话单元具有定向天线，该天线必须准确地对准中心站18的方向。

在图2中，表示出标号为“m”的第一电话单元与标号为“n”的第二电话单元之间经过中心站18的双向通信。每个中心站18一般具有30个（或更多）收发信机模块，其中一个模块要求起中心站与任何电话单元之间的链路的作用。在单个网孔中同时可以操作的最大电话数目是由收发信机模块的数目确定的。

现参照图3和4，分别表示中心站18和单个电话单元20的示意框图。中心站以约25W的典型功率发送一个信号到其网孔中所有的电话单元，而每个电话单元以约100mw的典型功率定向地发送到中心站18。

中心站向在该网孔中的所有电话单元发送含有同步分量Ci和Cq的同步信号。这些同步量号是利用具有低交叉相关的两个码I和Q调制（最好是双相调制）同相和正交载波得到的。I和Q码具有公共的时钟或时间片（chip）周期，和具有相同的长度。Ci和Cq之和还可以被认为是一个载波，该载波在每个时间片周期中被四个相位之一调制。在图6d和6e中表示出两种可能的调制方案。

用于典型系统中的I和Q码是选择用于提供低平均交叉相关优点的最大长度伪噪声码（PN）的“优选对）。Ci和Cq同步信号启动所有电话单元，以最少的电路和最小的功率实现运行中的载波和码同步，因为其检测带宽可以适当地小。在每个电话单元中仅要求一个射频混频器，利用每个电话单元的延迟锁相环（DLL），使用上述码就将实现启动同步。类似性质的公知系统使用一种科斯塔环路（Costas Loop），该环路利用具有相移VCO信号以及同相与正交滤波信道之积的两个混频器。然而本发明不要求那么复杂的电路。

在本发明的电话单元中，码和码时钟同步是通过利用一种不相关延迟锁定环获得的。该环路包括在电话单元的RF部分24中的RF混频器22，以及基带混频器26和28。码和码时钟同步在载波同步之前就可以获得，因为码I相对于系统所用的其它调制具有低的交叉相关，而且还因为使用了不相关延迟锁定环。

延迟锁定环包括一个接收机压控振荡器（VCOm），该振荡器如果其输出频率移入一个载波锁定的捕捉频带，就将其相位锁定在该输入载波上。由于得到同步分量Ci，这一过程发生了以保证分量Cq和Q相同步，和用Q相乘而从Cq分量中去除该码。其结果是混频器30输出端的信号没有码。VCOm的输出频率与晶控的压控振荡器VCO32的频率是直接频率相关的，因为其约数m1是由混频器34锁相在VCO32的约数m2的。通过使用混频器36，发射机压控振荡器（VCOn）具有一个类似地与VCO32的输出相关的输出。

延迟锁定环的捕捉频带是由锁相环滤波器38确定的。如果这个捕捉带小于VCO32的初始精度，可能需要改变VCO的控制电压，直至锁定发生为止。通过提供足够的增益，该环的失步范围（pull-out range）可以做的很大。混频器40用于产生被滤波的和未检测到的码I的立即产物。因此，仅当取得载波和码锁定时，该环路才产生一个直流值。利用Q码正交发送的功率可以很小。载波锁相信号通过非常低的码相关值予以保护，和能够被滤波为带宽小于数据本身的带宽。

系统以二进制数字形式发送数据该，数据在中心站以模2加形成一种通信码C的形式（见图3方框1，其中码Q（t-t_n）是产生的通信码，和在图3方框2中的“视频求和”（sum Video）框中加到该数据）。在本发明中C码有利地是移位型的Q码。在电话中，在图4的“数据或话音”框中数据不是加到D码就是加到E码（下文讨论），或者如图5的下面部分所示，利用接收信号E和Dm的四个门。所有发送的数据和接收的话音数据（见图3方框1）与I码的同步在变化。在任何电话单元接收的所有数据是与从混频器40和42输出的接收的I码同步。这样信道间的干扰取决于各个信号的周期性自动相干。通过移位产生各种形式的C码，这样各C码分量可能具有唯一的信号出现时间（epoch）。一种形式的C码可以用于在呼叫建立和终止对话中的公共控制信道。从中心站发送的所有数据都是以I与Q码的出现时间锁定的。因此，由电话单元接收的所有数据在I码出现时间上可以被积累和消除。在中心站中，经过图3的方框1表示的30个收发信机模块之一从电话单元接收的数据与移位形式的Q码相异并由中心站（图3的方框2）的处理单元求和。如图6d所示，由I信号加上求和的信号组成的信号被调制在同相载波上。图6e表示另外的调制方案，其中一些延迟信号是以I载波正交的方式发送的。在取得锁定以后，通过交换I和Q码的抽头（tap）可使电话接收机对这些分量敏感。在图5的交换电路58中进行交换过程。电话单元通过了解其C码的出现时间相对于公共的I码出现时间来识别其唯一的数据。不存在数据极性的不定性。

在电话单元中，正确地移位的C码，在我们的例子中是Q码的移位形式与所接收的信号分量相乘和在一个数据周期积累以获得该数据。来自其它数据信号的干扰程度则取决于周期自动相关函数。因为数据是同步的。对于所有码移位由于其规范化的自动相关函数是-1，对最大长度PN码非常低的干扰是可能的。为了最好的搜索，I码调制电平最好设置得高于各个话音数据电平。希望减小I杩与C码的交叉相关。如果C码是Q码的移位形式，而且Q码和I码是“优选的”码对。那么中心站能够选择Q码的特定移位，该移位将保证I码与C码之间的非规范交叉相关性是-1。则I、Q和各数据信道将具有最小的交互作用。在图6a中，延迟锁定环的

相器特性表示为从刚好±2个时间片短的时间牵引（pull in）。因此，Q延迟的分配值可以以4个时间片隔开。

接收压振荡器（VCOm）（图4）必须在一个很小的频率范围内被精确地控制。因此，该频率必须是从一个晶体压控振荡器得到，和可以直接通过倍频或间接通过分频来产生。VCom具有大的可控范围，而且其输出被分频和锁相到图4的晶控VCO32上。由输出压控振荡器（VCOn）产生的电话发送频率被锁定到同一晶体控制VCO32上，因此在中心站接收时该频率是精确地知道的。微波频率产生的同样安排也可以用在中心站，并以简化形式表示在图3的方框2中。在与之相邻的图中，驱动振荡器将提供一个稳定的固定频率的输出。在电话单元的接收码时钟还可以用作发送的码时钟。电话单元发送具有E和D码的控制数据，和具有D码的话音数据。在初始呼叫对话期间，该电话在E码上发送。由于E码仅在建立呼叫时才使用，接收的其出现时间取决于范围，如果同时有其他用户试图建立呼叫不大可能发生冲突。所有空闲中心站收发信机模块连续地扫描输入的E信号。一旦发现这一信号，则通知中心站的中央微处理器，和输出一个消息以防止再呼叫。

当中心站收到E码而无数据变化时，中心站可以测量从主码和数据信号出现时间到E码信号出现时间的相移。相关时间测量电路如图3方框1所示。因此，中心站知道从特定电话单元中接收的信号出现时间和其传送的数据之间的位移，使该数据与中心站的主信号出现时间相同步。中心站发送这个信息到该主叫电话单元，然后它可以设置自己的数据信号出现时间，这样所有的数据信号出现时间在接收时都是同步的。然后，该主叫电话单元可以在E码上发送一个识别码，同时在中心站所接收的数据相对于主信号出现时间被积累。如果有多于一个电话单元正试图建立呼叫，E码可能为不同的接收信号出现时间，因为这只通过20米的范围差来保证。干扰载波相位可能是不最合适的。然而，数据不同步使其交叉相关较大，这个呼叫将受干扰。

相对于该电话单元20发送数据信号出现时间，中心站可以以发送电话单元的D码的唯一延迟。这将再次保证当PN码用作D码时来自其它用户的干扰低。E和D码也是其有最小交叉相关的金码群的“优选对”。该主叫电话单元可以短时间同时发送E和D码，启动中心站收发信机模块E码转换到D码而无任何码滑动。

由于中心站接收的载波是锁相到该中心站始发的信号上的，混频器可以不用锁相电路去除载波。因为载波相位是未知的，所以在中心站的接收机电路中采用了接在低噪声输入放大器52后面的三个混频器46、48和50。来自这些混频器的信号含有来自利用D码的所有电话单元的和来自从E码建立呼叫的各个电话的分量。为了选择哪个混频器的输出对于该中心站的特定收发信机模块是合适的，正确定时的E或D码可乘以它们的每一输出，并选择产生最大信号的一个输出。为此目的在每个中心站的收发信机模块中设置两个三路选择器54和56。

中心站控制每个电话单元的发送功率，利用接收的信号强度或延迟时间作为标准，使得在中心站中所有的接收信号是相同的强度。利用接收的AGC信号，控制发送功率的直接方法是以图5所示的发/收电路来实现的。从最远的电话单元接收的电平可以允许低于这个最佳电平，以实现最大可工作范围。一般情况下，单独的电话单元的接收机将以相同的相对信号强度接收所有的C分量，如果信号是相等地发送的。可以提高远地电话单元的信号，以防止这些信号低于噪声电平，以对中心站附近的接收机从这些信号来的更大的干扰为代价，并伴随有增加整个系系功率的缺点。

Claims

1、在包括至少一个中心站和多个远端站的通信系统中，在第一和第二远端站之间建立通信链路的一种方法，该方法包括以下步骤：

从中心站向各远端站发送至少一个同步信号；

从第一远端站向中心站发送第一呼叫信号，以启动通信链路的建立；

利用到该中心站的第一呼叫信号中的信息同步该第一远端站的操作与中心站的操作；

从中心站向第二远端站发送第二呼叫信号；

从第二远端站向中心站发送应答信号；和

利用应答信号中的信息，同步第二远端站的操作与中心站的操作，以完成通信链路的建立，以使第一和第二远端站之间经中心站传送的数据在两个远端站和中心站中同步地处理。

2、按照权利要求1的方法，其中至少一个同步信号包含分别被具人低交叉相送的第一和第二同步码调制的同相和正交载波。

3、按照权利要求2的方法，其中同步码具有公共的时钟或时间片周期而且是相同的强度。

4、按照权利要求3的方法，其中同步码是最大长度伪噪声码。

5、按照权利要求4的方法，其中同步码是选择用于低平均交叉相关的“优选对”的码。

6、按照权利要求1至5中任何一个权利要求的方法，其中各远端站的操作与中心站操作的同步是在延迟锁定环中通过对由每个远端站接收的同步信号进行处理实现的。

7、按照权利要求2至6中任何一个权利要求的方法，其中在每个远端站接收的信号是利用在单一载波频率工作的单个混频器直接交换的，和其中载波的相位信息是利用同步码中的信息在基带上提取的。

8、按照权利要求1至7中任何一个权利要求的方法，其中由每个远端站向中心站发送的数据被延迟一段计算的延迟期间，以补偿该远端站与中心站之间的传播延迟，以实现从各个远端站发送到中心站的数据的同步。

9、按照权利要求1至8的任一个权利要求的方法，其中从每个远端站向中心站发送数据的功率是由从中心站向每个远端站发送的各个控制信号控制的，以便中心站从每个远端站接收的信号的信号功率基本上是相等的。

10、一种包括至少一个中心站和多个远端站的通信系统，该中心站包括：

主码发生器装置;

主控制装置;和

多个收发信机模块;

每个远端站包括;

收发信机装置;

本机同步装置;

本机码发生器装置;和

本机控制装置;

该系统适合于从中心站向各远端站发送至少一个同步信号，从第一远端站向中心站发送第一呼叫信号以启动通信链路的建立;利用到中心站的第一呼叫信号中的信息同步第一远端站的操作与该交换机的操作;从中心站向第二远端站发送第二呼叫信号;从第二远端站向中心站发送应答信号和利用应答信号中的信息同步第二远端站与中心站的操作;因此在第一和第二远端站之间经由中心站建立一条通信链路，在第一和第二远端站之间经由中心站传输的数据是在两个远端站和中心站中同步地处理的。

11、按照权利要求10的通信系统，其中中心站的主控制装置是一个微机处理器。

12、按照权利要求10或11的通信系统，其中主码发生器装置包括适于产生第一和第二同步码的码发生器，该同步码是具有低交叉相关的最大长度伪噪声码。

13、按照权利要求12的通信系统，其中中心站包括调制装置，该装置通过用第一和第二同步码调制同相的和正交的载波产生至少一个同步信号。

14、按照权利要求10至13中任何一个权利要求的通信系统，其中每个远端站的本机同步装置包括一个延迟锁定环。

15、按照权利要求14的通信系统，其中延迟锁定环包括在该环路中的一个伪噪声码发生器。

16、按照权利要求12至15中任何一个权利要求的通信系统，其中每个远端站的收发信机装置包括工作在由该远端站接收的信号的载波频率上的单个混频器，从而利用在同步码中的信息可以在基带中提取载波相位信息。

17、按照权利要求10至16中任何一个权利要求的通信系统，其中每个远端站的本机控制装置包括延迟装置，该装置适于对从远端站传输到中心站的数据延迟一个计算的延迟期间以补偿该远端站和中心站之间的传播延迟，实现从各个远端站向中心站发送的数据的同步。

18、按照权利要求10至17中任何一个权利要求的通信系统，其中中心站的主控制装置适于向每个远端站发送各个功率控制信号，每个远端站的本机控制装置响应这些信号，调整向中心站发送数据的功率，以便使接收的信号与在中心站来自每个远端站的信号的功率基本相等。