CN1100854A

CN1100854A - 具有码序列和频率选择系统的通信设备

Info

Publication number: CN1100854A
Application number: CN94102242.0A
Authority: CN
Inventors: 特雷西·L·富尔吉昂; 爱德华·K·B·李; 吉米·W·卡迪
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1993-03-03
Filing date: 1994-03-02
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2014-03-02
Also published as: CN1059528C; WO1994021064A1; US5317593A

Abstract

一种重用可用的扩频码的码分多址通信系统包括第一和第二通信设备。第一和第二通信设备能够识别对于它们各自的无线电设备最佳的扩频码和工作频率。最佳扩频码和最佳频率的频率的识别从一个通信设备传送到另一个通信设备，因此允许这两个设备使用它们各自最佳码和频率互相通信。这些码和频率可周期地更新以提供码的重用性。通过动态地更新码和频率而不使用中心站，CDMA系统中码的效率和重用性大大地增强了。

Description

本发明一般地讲涉及通信设备，具体地讲涉及码分多址（CD-MA）通信设备。

在直接序列码分多址（CDMA）系统中，很多发射机可工作在宽的但是相同的频率间隔。该信号在接收机利用它们的伪随机扩展序列或代码的差别进行鉴别。但是，在存在一个强信号时，信号的恢复不考虑所使用扩频码几乎是不可能的。这产生了一般熟知的称为近-远（near-far）问题。当一个强信号出现在相同的频率时，该接收机不可能接收信号。这样的条件严重妨碍CDMA系统的工作，直到强信号消失为止。因此希望有一个CDMA系统，即使存在强信号也允许在无线电设备之间进行通信。

简言之，根据本发明，公开了一种可用的扩频码重用的码分多址（CDMA）通信系统。该系统包括一个控制扩频码和一个控制频率，用于提供各种通信设备之间的通信。第一个通信设备发送具有该控制频率并由控制扩频码扩频的信号。这个信号包括从第二通信设备中请求一个最佳扩频码和一个最佳工作频率。第二通信设备包括一个接收机，它接收一个信号并着手识别第一最佳工作频率，第二通信设备还包括用于识别对于信号的接收最佳的第一扩频码。发射机向第一通信设备发送第一扩频码和最佳工作频率的识别。在这个信号交换之后，第一和第二通信设备使用最佳频率和最佳扩频码工作。在本发明的另一方面，第一通信设备识别对其条件最佳的工作频率和工作码并且将该码和该频率的识别传送至第二通信设备，以致于这两设备之间的通信可以以对每个设备是最佳的频率继续进行。

图1是根据本发明的一个通信系统。

图2是根据本发明的一个通信设备的方框图。

图3表示根据本发明的通信系统工作的流程图。

图4表示在一个通信系统中频率和码的分配。

图5表示在一个通信系统中频率和码的集中分配。

参见图1，根据本发明表示出一个码分多址（CDMA）通信系统10。第一通信设备100包括一个天线102，而第二通信设备106包括一个天线104。在优选的实施例中，第一通信设备100是启始器（ini-tiator）或始发器（originator），而第二通信设备106是目标通信设备。这些通信设备使用通信设备频率信号和扩频码互相通信。通信系统10最好是一个直接序列码分多址（DS-CDMA）通信系统。正如本领域众所周知的，在这样的系统中，许多对的用户可工作在相同的频率间隔，并且通过使用不同的伪随机扩频序列或码互相分离开。正是不同的扩频码之间的低互相关性允许用户对在相同的频率上独立地工作。在码之间遇到的干扰的平均测量是均方互相关。由于码之间的互相关取决于它们之间的时间偏移，所以均方互相关是较好的干扰测量。均方相关r可以用于以下的式子来估算：

式中：

N＝序列长度，

N＝片持续时间，

t_k＝第k个偏移，

C_m（t）＝第M个码序列。

不同的成对的码（例如金色码）将具有不同的均方互相关值。这意味着另一个通信机对你的特定通信的干扰的大小取决于它使用哪种码和该配对与所用的码如何互相关。基本上通过测量一个码与在信道上的信号之间的均方互相关，就可以得到在随后的通信中这个特定码将受到多大的干扰和在该系统中正使用哪些码。

在本发明中，第一通信设备100发送一个用控制码扩频的信号，这个信号包括对最佳扩频码和最佳工作频率的请求。第二通信设备106接收这个信号并使用已知的控制码和已知的控制频率恢复其内容。应指出，这个控制码和控制频率对通信系统10中的所有通信设备是共用的。因此，通信设备如100和106知道每个信号必须与控制码互相关，以便确定该信号是否包含控制信息，如由第一通信设备100发送的请求一个最佳扩频码和最佳频率的信息。

在该信号由第二通信设备106接收之后，该信号被解码和执行请求最佳扩频码及工作频率。通信设备106接着识别最佳扩频码和它希望接收信号的最佳频率。然后这个扩频码和最佳频率的频率的识别最好使用控制码和控制频率发送到通信设备100。此后，从通信设备100到通信设备106的通信使用这个最佳扩频码在最佳工作频率上进行。

在本发明的另一个方面，从第二通信设备106传送的、指明最佳扩频码和最佳频率的频率的信号包括对第一通信设备100是最佳的码和频率的一个请求。这样做使得通信设备106可以确定通信设备100希望接收信号的频率和扩频码。通信设备100确定最佳频码和最佳工作频率并且发送它们的识别到在其下一个通信中的通信设备106。可以看到，第一通信设备100这时知道第二通信设备106希望与其通信的最佳扩频码和频率。类似地，第二通信设备106知道第一通信设备100希望与其通信最佳的扩频码和频率。因此两个通信设备100和106之间的通信将使用这些最佳码和频率继续进行。

在本发明的又一个方面，第一通信设备100和第二通信设备106之间的通信可通过请求最佳扩频码和频率的更新周期地固定。由于CDMA信道的条件变化，在需要最佳码和频率更新的应用中这是希望的。确实，可能希望每个通信设备自动地和周期地搜索最佳码和频率，并且在最合适的时刻将它们传送到其它通信设备。这样的系统可保证最佳的通信而不另外要求复杂的代码和频率。

总之，已经表示了工作在CDMA环境中的通信设备可使用最佳扩频码和频率在开始通信之前允许通信单元请求它们。因此，接收单元确定对其环境的最佳码和频率并且将它们传送回到一个始发单元。应指出，在请求和建立每个通信设备的最佳码和频率中可使用各种信号交换和协议。这些这种信号交换和协议的详细叙述被删去了以避免不必要的罗索。

参见图2，根据本发明表示出一个无线电通信设备100的方框图。在天线102接收的信号耦合到一个天线开关228并在混频器202用第一本机振荡器信号进行混频。第一本机振荡器信号在第一本机振荡器226产生。混频器202的输出接到IF带通滤波器216并加到第二混频器218与第二本机振荡器信号进行混频。这个信号由振荡器220产生。IF带通滤波器216的输出还接到一个包括检波器224。包括检波器224测量IF信号的包络并把结果提供给控制器212。在混频器218的输出的基带信号耦合到可适应的匹配滤波器204。可适应的匹配滤波器204通过控制器212设定。滤波器204的输出被连接到平方积分部件206和208，然后接到取样与保持部件210。取样与保持部件210、积分部件208的输出取样并保持这些值，且提供该值给控制器212。

本质上，控制器212识别用于通信设备100的最佳扩频码和最佳工作频率。为了识别最佳频率，控制器212设定第一本机振荡器的工作频率，以便估算该特定的频率。IF信号的包络经过包络检波器224测量并反馈到控制器212。当这个包括高于确定的阈值时，控制器212引导该本机振汇器226到下一个频率。在优选的实施例中，工作频率的质量是通过评价IF信号的包络确定的。当这个包络下降到低于由控制器212控制的确定的阈值时，那个信号被识别为最佳频率。根据确定的最佳频率，控制器212进入识别在该频率内的最佳扩频码。为此，控制器212将可适用的匹配滤波器204设定为存储在存储器214中的各种码。在滤波器204输出的信号被平方和积分，再加到取样与保持部件210。取样信号的值由控制器212估算，并作出是否是最佳码的判定。当对这个频率的所有的码都检测时，控制器212进入在一个消息中组合最佳工作频率和最佳码的过程，并将结果提供给发射机230进行传输。发射机230的输出接到天线转换开关228，天线转换开关228用于提供从发射机230到天线102的耦合。

在本发明的另一方面，控制器212进入确定对于通信设备100为最佳的工作频率不只是一个，而是很多最佳频率的情况。为了实现这个情况，上述定位一个工作频率的程序被重复，直到用于通信设备100的所有工作频率都已检测为止。应懂得，可能有很多码与每一个工作频率相关。这些也可由控制器212使用上述步骤确定。所有这些最佳码和最佳频率可经过发射机230传送。还应懂得，如在图2中所示的通信设备100的方框图是提供类似的功能的许多实施例之一。CDMA通信系统是本领域公知的，而且识别工作频率和工作码的方法也是本领域公知的。人们可使用其它通信设备以实现最佳扩频码和最佳工作频率的选择而不脱离本发明的精神。

参见图3，根据本发明所示的通信系统工作的流程图。从开始方框301，第一通信设备100进入在方框302识别它希望接收信号的最佳工作频率。然后利用识别的最佳工作频率，第一通信设备经过方框304进入识别这些频率内的最佳扩频码。这些最佳频率和最佳扩频码被标为第二工作频率和第二扩频码。然后在方框306，第一通信设备使用控制码和控制频率发送最佳扩频码和第二最佳工作频率的频率的识别。在识别这些扩频和最佳工作频率的同时，在方框308第一通信设备发送一个信号，从一个识别的第二通信设备请求对于第二通信设备最佳的扩频码和工作频率。在方框310，第二通信设备收到这个请求。在方框312，第二通信设备进入识别最佳的工作频率。经过方框313，第二通信设备进一步识别最佳频码。由第二通信设备识别的工作频率和扩频码被标为第一扩频码和第一工作频率。然后在方框314，第二通信设备向第一通信设备发送该最佳频率和最佳码。在方框316，第一无线电设备接收最佳码和最佳频率的频率的识别。利用第一和第二通信设备之间交换的最佳码和最佳频率，通信可使用这些最佳参数进行。在方框318，第一通信设备，与第二通信设备使用第一最佳码和最佳频率进行通信。在方框320，第二通信设备与第一通信设备使用第二最佳码和最佳频率通信。在这个建立的通信之后，每个通信设备可周期地花时间更新其最佳频率和最佳码。方框332和324给第一和第二通信设备提供这个功能。在方框326，第一和第二通信设备使用更新的码和更新的最佳频率互相通信。

在本发明的另一方面，每个通信设备可以对那个频率选择一个以上的最佳频率和一个以上的最佳码。这样的特性允许接收的（目标）通信设备选择哪些码和频率对其情况是最佳的，而不是由另一个（始发的）通信设备控制的。在两个通信设备工作在相同频率的最简单的工作时这个特性是有用的。这允许第一通信设备识别到它的工作频率和最佳码，和第二通信设备从这些码和频率中选择。

基本上，本发明提供二维的CDMA通信系统，该系统促进码的重用并减少弱信号的擦除。不是在一个给定的频率间隔上完全地扩频一个信号，频率间隔可被分为频率信道。这意味着该信号的扩频处理增益必须减少。换句话说，不是在一个CDMA系统中有一个很宽的带宽，而是划分该带宽用以产生很多信号。虽然这减少了处理增益，但是如在优选的实施例中所表示的可实现显著的益处。如果在所述频率存在一个强干扰，则通过牺牲处理增益抗干扰性，可有更多的可用的再处理频率。通过允许通信设备定位在最佳工作频率，该系统已提供了一个改变频率以便寻找一个频率间隔的机会，在该频率间隔有很少的用户或者用户是足够的，它们的干扰是微不足道的。如果有M个频率和K个可用码，则有M×K码频率组合。如果信道数M增加，则在每条频率信道上的可用扩频带宽减少。当信道带宽减少时，K也减少，则可用码的数量减少一个类似的系数。因此，码/频率组合的数量的剩下相同的数量不管可用带宽是如何划分的。

已经表明，通过将可用频谱分为K个的信道，可用码的数量就以相同的系数增加。换句话说，如果有M个码，则通信设备互相通信可用的码/频率数是（m×k）。可以看出，工作在CDMA系统的一个通信设备在与另一个通信设备之前已不再需要等待到一个强信号情况已消失为止。由于该频谱被分为许多信道，两个通信设备可在一条信道上通信，而不阻止其它通信设备利用该CDMA系统中的信道，因而减少了目前在CDMA系统中经受的近远问题。这个组合码与频率选择系统在较高的用户密度中具有较好的性能。换句话说，通过将频带宽度分为很多信道，可接纳更多的用户而没有由于强信号条件的锁定障碍。

通过参见图4和5，本发明的二维方面更好地理解了。这个图示出了许多垂直和水平的方框，垂直轴表明码的可用性，而水平轴表明频率的可用性。每个方框代表在具有与相应行的码匹配的一个滤波器的对应列的频率上接收的能量输出。白色方框表示在一个特定的码/频率组合没有任何信号。单斜线方框表示在一个特定的码频率组合存在着弱的或中等的信号。双斜线方框表示在一个特定的码频率组合存在着强信号。由于码之间有一些相互干扰，所以从那个频率信道上任何码来的强信号的存在都使得那个频率对于接收机是无用的，无论使用哪个剩余的未使用码。类似地，多个中等信号的存在增加了对于该频率是不可用的点的总干扰。

图5中方框401的行表示在各个频率的密度的总结果。方框407表示在频率F₁存在用扩频码C₂编码的一个弱信号。可以看到在频率率F₁，该弱信号与控制码码C₃，C_k-2和C_k一起存在。在F₁的所有这些弱信号之和使得这个频率不可用，因此双斜线方框的方框402表明在F₁使用很多码的强信号的存在。方框410表示在F₄存在具有扩频码C₁的强信号。因此在方框404，这个强信号的存在足以使频率F₂不能用。方框408表明在F₃存在具有扩频码C₄的一个弱信号，这得到方框405，它表明F₃可容纳更多的扩频码。类似地，方框402，404和406表明在频率F₂，F₄和F_M-2存在强信号，而在频率F₁存在一个弱信号。在这个例子中，方框405表明频率F₃和F_M-1是最佳频率和在这些频率下的白色方框是最佳扩频码。

一个特定频率的有用性可通过检查在那个频率而不是在每个码/频率组合的能量进行估算。例如，在F₁的多个中等能量用户407将在整个402的F₁上给出一个高能量读数。类似地，在F₂单个强用户410将在整个404的F₂上给出一个高能量读数。在这两个情况下，存在着该频率对该接收机是无用的高概率。另一方面，在整个405的F₃的测量表示在这个频率的中等能量和可用码的电势（po-tential）。利用与那些码匹配的滤波器检查在这个频率的码将确定白色方框为可用码。

总之，已经表明了在一个CDMA系统中，通信设备可识别最佳工作频率和最佳扩频码，然后将它们传送到希望用这些最佳频率和最佳扩频码通信的其它通信设备。使用这个方案，在一个DS-CD-MA中频率和码的有用性和可用性被显著改善了。已不再需要将频率和码分配到通信系统中的各个通信设备。这些码和这些频率可被动态地更新，这将大大地改进这些码和频率的效率和再用性。还应指出，本发明的教导不需要控制站跟踪各个码和各个频率。这是很重要的，因为产生一个自维护的系统而无固定的频率和码分配。除了码的重用和有效的使用频谱之外，这个系统的一个重要优点是在一个高的用户密度中系统由于附近的干扰而被完全擦掉或阻断的概率减小了。

Claims

1、一种用于重用可用的扩频码的码分多址(CDMA)通信系统，该系统有一个控制扩频码和一个控制频率，其特征在于包括：

一个第一通信设备，用于发送具有该控制频率并由该控制扩频码扩频的信号，该信号包括对一个最佳扩频码和一个最佳工作频率的请求；

一个第二通信设备，包括：

(1)用于接收该信号的接收机；

(2)第一装置，用于识别对于第二通信设备为最佳的第一工作频率；

(3)第二装置，用于识别最适于第二通信设备的信号接收的最佳的第一扩频码；和

(4)一个发射机，用于向第一通信设备发送第一扩频码和第一最佳工作频率的识别；

因而第一和第二通信设备使用第一工作频率和第一扩频码通信。

2、根据权利要求1的通信系统，其中第一和第二通信设备包括直接序列码分多址（DSCDMA）通信设备。

3、根据权利要求1的通信系统，其中用于识别最适于第二通信装置的信号接收的多个扩频码。

4、根据权利要求3的通信系统，其中第一通信设备选择多个扩频码中的一个扩频码与第二通信设备通信。

5、根据权利要求1的通信系统，其中发射机包括一个控制器，用于请求对第一通信设备为最佳的第二扩频码。

6、根据权利要求5的通信系统，其中第一通信设备包括用于识别对第一通信设备最佳的第二扩频码的装置。

7、根据权利要求6的通信系统，其中第一通信设备包括用于识别对第一通信设备最佳的第二工作频率的装置。

8、根据权利要求7的通信系统，其中第一通信设备包括一个发射机，用于发送第二扩频码和第二工作频率。

9、根据权利要求1的通信系统，其中第一通信设备包括用于周期地检验最佳码并将它们传送到第二通信设备的装置。

10、根据权利要求1的通信系统，其中第一通信设备包括用于周期地检验最佳工作频率并将它们传送到第二通信设备的装置。

11、在具有至少一个第一和一个第二通信设备的DS-CD-MA通信系统中，在具有最佳重用的扩频码和可用频率的第一和第二通信设备之间提供通信的一种方法，包括步骤：

在第一通信设备中：

发送一个信号到第二通信设备，请求一个最佳扩频码和一个最佳工作频率;

在第二通信设备中：

接收该信号;

识别对于第二通信设备最佳的第一工作频率;

识别对于第二通信设备最佳的第一扩频码;

发送有关第一扩频码和第一工作频率的信息;和

使用第一扩频码和第一工作频率与第一通信设备通信。

12、一种多信道CDMA通信设备，具有包括一个控制码的多个码，其特征在于包括：

一个接收机，用于在一条控制信道上接收一个信号并用通信单元的控制码进行编码，该信号包括对一个最佳扩频码和一个最佳工作频率的一个请求;

第一装置，用于识别最佳工作频率;

第二装置，用于识别最佳扩频码;

一个发射，用于发送最佳工作频率和有关最佳扩频码的信息;和

该接收机包括用于接收在最佳工作频率的信号并解码以最佳扩频码扩频的信号的装置。