CN1137550C - 用于扩频数字传输的带有并行相关器的接收机及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了用于具有多个无线手机和一个具有座机收发机的座机的无线电话系统的手机收发机的接收机。每个手机具有一个手机收发机，用来在一个共享信道上通过座机收发机与座机建立一个时分多址(TDMA)链路。每个手机在为在用手机分配时隙的TDMA方式的一个独占时隙期间进行通信，接收由表示相继码元的相继码片组成的扩频信号。每个接收机具有一个或多个对所接收的扩频信号进行解调的解调回路，每个解调回路的特性分别由一个或多个解调回路参数表征。接收机中的并行相关器检测相关峰支路输出，提供峰支路输出和两个相邻支路输出。接收机中的误差估计器按照峰支路输出和两个相邻支路输出调整这些解调参数，以优化对扩频信号的解调。

Description

用于扩频数字传输的带有并行相关器的接收机及其操作方法
本发明与数据截获或接收有关，具体地说，与扩频、时分多路复用的多线路无线电话系统中的数据截获有关。
数字数据从一个发射机传输到一个接收机需要各种数字信号处理技术，以使发射机所发送的数据可以成功地被接收机恢复或截获。例如，在数字无线电话系统中，一个无线(无绳)电话手机通过数字无线电信号与一个通常通过一个标准电话线路接至外部电话网的座机通信。手机和座机各包括一个具有一个发射机和一个接收机的收发机。在这样一个系统中，一个用户可以用无线手机通过座机和电话网与另一个用户通电话。
在许多情况下，例如有许多电话用户的事务机构，已经在使用多线路无线电话系统。这种系统用一个座机与最多达N个手机实时通信，通常采用数字通信制式，例如扩频、时分多路复用(TDM)制式，诸如时分多址(TDMA)。在一个扩频系统中，按照所谓香侬定理，带宽资源可转为性能增益。扩频系统的优点包括功率谱密度低、抗窄带干扰、有内建的选择寻址能力(用代码选择)和固有的信道多址能力。扩频系统应用各种技术，包括直接序列(DS)、跳频(FH)、线性调频系统和混合DS/FH系统。
在一个TDMA系统中，只使用一个RF信道，每个手机只在整个TDMA周期内特为指定的一些时间段或时隙期间发送和接收音频数据分组以及非音频数据分组。其他通信制式包括频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)和这些的组合制式。所用的调制方式也有各种，例如无载波振幅/相位(CAP)调制和正交振幅调制(QAM)。
数字数据通常作为数据的二进制比特形式的已调信号发送到诸如RF信道之类的传输媒体上。(数字通信常用的其他传输媒体包括不对称数字用户环路(ADSL)系统或电缆调制解调系统。)数字数据通常调制成复数数字数据形式发送，所发送的数据包括一系列据此接收机可以重建原来数据的码元。复数数字码元数据通常包括实部(用相或“I”)数据和虚部(正交或“Q”)数据(I、Q对)。一个I、Q对的每个码元可以是一个多比特的数，表示映射到一个象限的一个构象(constellation)的位置。每个码元利用一个查找表(例如一个ROM)映射或指定为一个四象限栅形构象点阵内的规定座标。根据编码方案，个数规定的不同码元分布在每个象限内各指定区域。根据给定编码方案的比特/码元数，构象点阵的每个象限含有若干个码元，分布在相对于正交的I和Q轴的各规定座标上。例如，在QPSK编码方案中，每个样点都处在每个象限一个的四个相位位置中的一个位置上，因此每个码元对表示2比特的数据。
为了发送一个复数数据系统内的一个给定的输入数据值，需发送的这个输入数据值映射为一对码元或者说一个在具有实轴I和虚轴Q的一个复数信号构象空间内相应构象点的一对座标I、Q。这些表示原始数据值的I、Q码元于是由一个调制信道作为部分数据分组发送。接收机可以恢复这些I、Q对，确定相应象元在构象空间内的位置，执行逆映射后就可得出原始输入数据值或其近似值。
在一个扩频系统中，每个码元用一串“子码元”或“码片(切普)”发送。这串子码元通常是将码元(在有些编码方案中是1或-1)乘以一个具有一定长度(码片数C)的伪随机数(PN)二进制串得出的。因此，这样的系统的特征可以用与码元率有关的码片率(切普率)来表示。扩频系统通常也可以用来发送任何数字数据，无论它是否为复数格式的数据，也无论它是否为TDMA系统的数据。
在一个扩频系统中，一个信号通过表示各码元的相继码片来表示这些相继的码元。一个接收信号经采样后给出一系列样点。因此，这些样点表示一个信号，而它本身表示了一系列表示相继码元的码片。收发机的接收机方用一个ADC对接收信号采样，得出表示这个信号的样点，从而表示了各个码元。收发机的发射机方用一个数模变换器(DAC)将各码元变换成模拟量，构成一个信号。
如上所述，数字数据传输需要采用各种数字信号处理技术，使得数据可由发射机(例如座机收发机的发射机)发送和可由接收机(例如手机收发机的接收机)成功接收。例如，在扩频数字无线电话系统中数据传输的接收机方利用各种功能从一个所发射的RF信号中恢复数据。这些功能包括：用于码元同步的定时恢复，载波恢复(频率解调)，以及放大。因此，接收机包括每个链路的自动增益控制(AGC)回路、载波跟踪回路(CTL)和定时回路，以及其他部件。
定时恢复是使接收机时钟(时基)与发射机时钟同步的过程。这使接收信号可以及时在最佳点采样，以降低发生与接收码元值的判决反馈处理有关的分片差错的可能性。在有些接收机中，以发射机码元率的倍数对接收信号采样。例如，有些接收机以发射机码元率两倍的采样率对接收信号采样。无论如何，接收机的采样时钟必需与发射机的码元时钟同步。载波恢复是使接收到的RF信号在频移到较低的中频频带后再频移到基带以恢复调制基带信息的过程。AGC跟踪信号强度，对增益进行调整，以便例如补偿传输信道的扰动对接收信号的影响。AGC再加上其他均衡技术有助于消除由于传输信道的扰动而引起的码间干扰(ISI)。ISI使得一个码元的值由于其前、后码元的值而发畸变。AGC是重要的，因为多个邻近的手机和/或基站会相互干扰，因此系统的这些收发机必需用尽可能小的增益，以避免系统饱和导致干扰，也可以更有效地利用电池功率。这些和有关功能，以及有关调制方式和系统的详细情况可参见Edward A.Lee和David G.Messerschmitt的“数字通信”(“DigitalCommunication”2d ed，Boston：Kluwer Academic Publishers，1994)。
接收机需要有一个比较稳定的而又可控的采样时钟信号源，使它能锁定到发射机的码元时钟上。为此已采用了压控晶体振荡器(VCXO)，因为VCXO产生的时钟信号是稳定的，而且在一个比较窄的范围内可控，从而使它可锁定到发射机的码元时钟上。也可以采用其他类型的定时恢复系统，诸如在1997年2月20日递交的申请方为Thomson电器公司、发明者为Knutson等人的欧洲专利申请No.EP 0 793 363中所揭示的“数字信号处理器的定时恢复系统”。
在一个扩频多线路无线电话系统中，犹如在所有的扩频系统中那样，重要的是系统中的每个收发机要能精确地接收发送的信号，特别是要能以适当的频率和相位进行采样，以改善信号的接收和恢复。在一个扩频TDMA系统中，同样重要的是每个收发机要能检测有效数据信号，还要能检测指示数据分组传输结束的保护带。
1996年5月17日公布的国际申请WO 96/14697(Aeronet)揭示了一种用于无线直接序列扩频系统的相关系统。1986年5月6日颁发的美国专利No.4,587,662(Langewellport)揭示了一种带相干检测的TDMA扩频接收机，在TDMA扩频数字无线电系统的固定和移动收发信台的接收机内利用间接路径的信号。同时，由一个再生电路连续再生形成多路径形象的信号。这个再生电路提供一个相位相干的信号，用于对接收信号的解调。1992年9月30日公布的欧洲专利申请No.0 505 771A1(Hughes Lircaft)揭示了一种通信卫星系统，在扩频信号的传输中每单位带宽具有增大的功率输出密度。
本发明所提出的手机收发机的接收机用于具有多个无线手机和一个具有座机收发机的座机的无线电话系统。每个手机具有一个手机收发机，用来在一个共享信道上通过座机收发机与座机建立一个时分多址(TDMA)链路。每个手机在TDMA方式的一个独占时隙期间进行通信，而TDMA方式在为在用手机分配接收由表示相继码元的相继码片组成的扩频信号的TDMA方式的专用时隙期间为手机分配时隙。每个接收机具有一个或多个对所接收的扩频信号进行解调的解调回路，每个解调回路的特性分别由一个或多个解调回路参数表征。接收机中的并行相关器检测相关峰支路输出，提供峰支路输出和两个相邻支路输出。接收机中的误差估计器按照峰支路输出和两个相邻支路输出调整这些解调参数，以优化对扩频信号的解调。
在本说明书的附图中：
图1为按照本发明的一个实施例设计的扩频TDMA多线路无线电话系统的方框图；
图2为按照本发明的一个实施例设计的图1系统的TDMA方式的TDMA时隙结构的示意图；
图3为按照本发明的一个实施例设计的图1系统的收发机接收机的并行相关器的详细方框图；
图4为按照本发明的一个实施例设计的图3接收机的工作流程图；
图5为按照本发明的一个实施例设计的图3接收机的详细方框图；以及
图6为示出定时误差影响相关峰采样的定时相位例示图。
如下面要详细说明的那样，本发明在无线电话系统的座机和手机的接收机中用了一种解调体系结构，它用一个并行相关器为这种解调体系结构的误差估计器产生一系列码元和索引。这些误差估计器利用并行相关器产生的数据对定时、载波偏置和AGC各回路进行跟踪/调整，从而优化或改善信号接收和恢复(截获)或解调。本发明还利用并行相关器产生的数据检测有效数据信号和检测指示数据分组传输结束的保护带。
现在参见图1，图中示出了符合本发明的一个实施例的TDMA多线路无线电话系统100的方框图。TDMA系统100包括一个座机110，它具有一个接收机单元112和一个发射机单元111，通过电话线路115接至外部电话网116。座机110有一个存储数据的存储器或存储装置(未示出)，诸如RAM或硬盘驱动器。系统100还包括N个无线手机1201，1202，…，120N。每个手机具有一个发射机和接收机单元(收发机)，例如手机1201的发射机121和接收机122。在任何时刻，有一些(或没有)手机正在工作或摘机(即进行通话)。因此，系统100构成座机110与各个手机120i(1≤i≤N)之间的无线网。在一个实施例中，系统100包括4个手机1201-1204，它们可以同时都在用。在另一个实施例中，系统100包括不同数量的手机，例如N＝12，但其中最多可以同时有8个在用(工作)。
在一个实施例中，本发明包括一个通过单个RF信道将多个收发机接至座机的扩频TDMA系统。具体地说，系统100采用数字扩频TDMA制式，使功率得到有效利用，因为每个工作手机在TDMA周期的大部分时间是“断开”的(即既不发送又不接收数据，因而不用多少电池功率)，而只是在指配给它的时隙(时间段)内才“接通”。在一个实施例中，手机断开至少对CPU和收发机(接收机和发射机)单元的供电，而只对时钟和足以使CPU在预定时隙工作的有关定时器或定时监视电路供电。在本发明中，座机110和各手机120i的收发机的接收机都采用本发明的解调体系结构来改善信号截获。概括地说，通过按照并行相关器产生的数据(峰值支路(bin)和相邻支路)调整解调参数，例如定时、载波偏置和AGC这些回路，优化或改善信号接收和恢复(截获)，这在此可称为优化信号解调。
现在参见图2，图中示出了图1所示系统100的TDMA方案200中所用的符合本发明的一个优选实施例的TDMA时隙结构200的示意图。系统100采用了具有结构200的TDMA周期(epoch)，其中假设总共有12个手机1201-12012，可以有8个同时在用或工作，例如为手机1201-1208。TDMA周期结构200包括若干行和列。TDMA结构200的每一行表示一个2ms的数字数据段。其中的奇行(段)分别与偶行两两成对。TDMA周期结构200是一个48ms的周期。
在普通工作模式，每段包括总共9个分组：处在第一列的一个(非音频)数据分组(由座机或手机发送)；8个两两结成4对的音频分组。一行内每对这样的音频分组包括一个座机音频传输分组(时隙)(从座机110发给某个手机)和一个手机音频传输分组(从这个手机发给座机)。每种分组含有各个子段。例如，一个数据分组包括一个32比特的同步段、一个数据段、一个FEC(前向纠错)段和大约5ms的保护时间或保护带/寂静隔离段。一个数据分组内的数据用来实现座机与一个特定的手机之间的通信，含有各种信息，例如主叫方ID型信息、距离和功率信息等。一个音频分组包括一个音频分组头标、FEC数据段和保护时间。音频分组标头例如含有标识音频分组(诸如手机、当前在周期内的位置等信息)。
因此，在每个周期内，分配给每个手机一对数据分组时隙和几对音频分组时隙。数据分组时隙用来与各手机分别建立相应“数据链路”，音频分组时隙用来与各手机分别建立相应“音频链路”。这些数据链路一起构成系统的数据信道，而这些音频链路构成系统的音频信道。也就是说，TDMA周期结构200的第一列相应于数据信道(各数据链路)，而其余各列相应于音频信道(各音频链路)。
对于一个给定手机的数据链路用来以数据分组发送这里统称为信令信息的非音频数据。每个数据分组是在一个离散的时隙期间从座机发给一个给定手机或从这个手机发给座机的一组数据，而在这段时间内没有其他手机在系统的数据信道上接收或发送数据。这些数据分组可以含有各种数据，例如：发送给一个处在休眠模式的手机的带有时间标记的同步数据或字，主叫方ID信息，呼入信息，手机拨出的电话号码等。数据链路传送的信令信息用来建立呼叫、通知手机有呼入、维护手机与座机之间的通信链路等。
语音数据，也就是含有实时通话的音频数据的音频分组发送到给定手机的音频链路上。一个手机的音频链路的带宽要比数据链路的带宽大得多。这是因为在每个周期内分配给每个手机只有一对数据分组时隙而有几对音频分组时隙。例如，对于同时最多可有8个手机摘机、总共有12个(N＝12)的手机1201-12012的情况，每周期每个手机有12对音频分组，而只有一对数据分组，因此一个音频信道(或链路)的带宽是数据信道(或链路)的带宽的12倍。音频分组含有数字化的(可能还经压缩的)语音信息。
因此，例如，行对0包括一个偶行和一个奇行。在偶行中，座机在第一时隙(时隙251)内将数据发送给12个手机之一，例如手机1201。对于每个手机来说，周期200内有一个行对，因此每个手机在一个周期内可以有一次接收和向座机110发送数据。在第一数据时隙251后，假设手机1201工作(摘机)，就在音频分组时隙253内将一个音频分组发送给手机1201，然后在音频分组时隙254内手机1201将一个音频分组发送给座机110，对于其他3个手机也是这样，直至这一段或行结束。在行对0的奇行内，数据时隙252用来接收手机1201发给座机110的数据，而音频分组时隙用于发送其余在用手机的音频分组。在行对1-11中，所出现的情况与此相同，只是数据分组是发给和来自与行对0中不同的手机。
在一种工作模式中，每个手机在周期地分配给本手机接收音频数据的每个时隙期间接收16个4比特的ADPCM(自适应差分脉冲编码调制)样点，而在周期的分配给本手机发送音频数据的每个时隙期间向座机发送16个ADPCM样点。在另一种工作模式中，通过将每个样点的量降低为2比特样点，可以将样点数加倍为每个时隙32个。ADPCM和有关技术问题的详细情况可参见国际电信联盟(ITU)的推荐书G.727，(12/1990)，“5、4、3、2比特样点嵌入的自适应差分脉冲编码调制”(“5-，4-，3-and 2-Bits Sample Embedded AdaptiveDifferential Pulse Code Modulation(ADPCM)”)http：//www.itu.ch。
本发明利用每个链路接收机方的独立的自动增益控制(AGC)、载波跟踪回路(CTL)和定时回路独立地跟踪与这三个回路或块关联的解调参数和状态。与这三个回路关联的状态和参数由误差估计器根据并行相关器产生的索引加以调整，以改善或允许对接收信号进行同步或截获。这些状态和参数在此统称为解调参数。
在一个优选实施例中，本发明是在一个数字系统中实现的，三个解调器回路或块(AGC，CTL和定时)的状态都是在数字域内。在另一个实施例中，可以利用某些模拟域。
现在参见图3，图中详细示出了按照本发明的一个实施例设计的图1系统100的一个收发机的接收机的并行相关器300的方框图。现在参见图5，图中示出了按照本发明的一个实施例设计的一个包括图3并行相关器300的接收机500的方框图。接收机500可以是一个手机的接收机122，也可以是一个座机110的接收机112，而且还包括按照从DAC 541和AGC回路533反馈的AGC接收RF信号和为ADC 521提供近基带信号。ADC 521用一个外加的固定时钟例如以2倍的码片率对近基带信号进行采样。
如将看到的那样，在通信系统中通常要对时钟恢复进行定时误差估计。传统的定时恢复方法包括用一个反馈控制系统根据输入的信号估计定时误差，将这误差滤波后驱动一个VCXO来调整本机产生的时钟的相位。例如，有时采用判决定时误差估计，它利用非判决反馈技术，例如Gardner算法，参见F.M.Gardner的“采样接收机的BPSK/QPSK定时误差检测器”(“A BPSK/QPSK Timing-Error Detector for SampledReceivers”TEEE Trans.on Comm，May 1986，pp.423-429)。有时也采用判决反馈技术，例如Müller和Mueller算法，参见K.H.Mueller和M.Müller的“数字同步数据接收机中的定时恢复”(“TimingRecovery in Digital Synchronous Data Receivers”IEEE Trans.onComm.May 1976，pp.516-530)。然而，在本发明中，误差估计器用并行相关器产生的数据来跟踪/调整定时、载波偏置和AGC三个回路，改善信号的接收和恢复。具体地说，内插/定时恢复块522按照来自定时回路532的定时反馈调整码元同步的采样相位；消旋器523按照来自载波或CTL回路531的载波反馈对信号消旋，将信号频移至基带。因此，消旋器523为并行相关器300提供相位经校正的信号。并行相关器300为误差估计器524提供码元和相关峰数据，详细情况将在下面说明。误差估计器524根据相关器300提供的数据调整控制回路531、532和533的解调参数，改善信号截获。定时回路532用来建立接收机的采样同步，使得采样在适当时间进行。
再来看图3，并行相关器300在一个实施例中包括一列32个I相关器3100-31031和一列32个Q相关器3200-32031，分别产生一对I、Q，例如I0、Q0。I和Q各用32个相关器是因为所用的采样率是切普率的两倍，而每个码元有16个码片(即“扩频码”或PN序列的长度为16)。因此，每个码元相应于16个码片或32个样点。通常，相关器的个数等于扩频码的长度乘以每个码片的样点数。因此，在图3中示出总共64个相关器。如果采用复数的扩频码，就只需要32个复数相关器，因为每个码片有两个样点，对于16个PN码片来说每个码片重复一次就产生32个样点码片。本发明用以码元率产生的误差信号以样点率更新码元定时、载波偏置和AGC。如将可看到的那样，在其他实施例中也可以用16以外的PN码片数和样点数，例如15或17。
每个I相关器310i包括乘法器节点311i、积分和清零块312i和积累(平均)块313i。每个Q相关器320i包括同样的器件。每个相乘或乘法器节点311i或321i都接收相应样点(分别为Ii或Qi)和PN序列的第i个二进制数字PNi作为输入。
当I、Q对分别送至绝对值加法器3400-34031，相应产生各支路(bin)输出bin0-bin31。这些输出送至置信搜索判决块345，产生一个索引送至多路开关(MUX)346，产生信号Valid(有效)、binL(左邻)和binR(右邻)送至误差估计器524。
如将看到的那样，并行相关器300执行“相关”功能，通过检测出“相关峰”使接收机500知道每个码片序列的开始和结束，从而可得出各码元。例如，如果接收机系统300正确同步，接收到一个有效信号，那么I2、Q2对可以是表示当前接收的码元的有效码元对。在这种情况下，bin0、bin1、bin3、…bin31将都具有较小的值，而bin2具有比较大的值，或者说峰值。这是因为Ii和Qi在本例中理想情况下都具有为±1的值，对于i＝{0，1，3，…31}，而I2和Q2具有为±32的值，因为是与正确对准的PN序列相乘。
正如将看到的那样，加法器340i用的是绝对值，这是因为使用复数的I、Q对，接收信号可以旋转而具有不同的相位。加法器340i因此测量的是复数信号的功率。这样，相关峰可由搜索块345通过比较bin0-bin31检测出来，即使接收信号在相位上有一些旋转。
如图所示，MUX 346接收所有32对I、Q作为输入，按照搜索块345提供的索引信号选择其中一对Isym、Qsym为截获码元。在一个实施例中，搜索块345通过确定哪路bin信号是峰，即与相邻各路比较是最大的，确定索引。例如，在上例中，bin2是一个峰，因此索引为2，于是有Isym，Qsym＝I2，Q2。并行相关器300的输出端上的码元流送至FEC系统(未示出)。可以理解，从一个远地发射机接收到的RF信号与接收机并不同步，因此接收机500的RF电路510、ADC 521和内插/定时恢复器522很可能不能在RF信号的合适的点上采样。然而，因为是以两倍的码片率采样的，因此搜索块345通常还是能检测到某个峰，即使是如果可以达到较好的采样同步的话峰支路与相邻支路之间的对比度会更大一些。在最差的情况下，两个相邻支路也具有相同的峰值。在这种情况下，可以任选一路，依此调整解调参数，如下所述。
搜索块345还向误差估计器524提供信号Valid、binL和binR。这些信号分别等于binp、binp-1和binp+1，其中“p”表示峰支路。因此，发送的是峰支路的支路信号和它的左邻支路和右邻支路的支路信号。这些由并行相关器300提供的信号由误差估计器524用来得出误差信号用以调整分别控制回路531、532、533的解调参数使信号解调优化。误差估计器524在功能上可用一个处理器或专用硬件实现，正如将看到的那样。
因此，误差估计器524将所采到的相关峰与相邻的支路(binL，binR)进行比较分析来调整定时回路532，优化样点相位定时。此外，误差估计器524分析峰支路来调整CTL回路531，优化消旋操作。误差估计器524还分析峰支路的功率来调整AGC回路533，优化RF电路510的增益。这些调整使相关得到优化，从而增大了扩频通信的稳定性。
就优化样点相位定时而言，如果解调参数得到最佳调整，那么峰值支路的binp与它的相邻支路(binL和binR)之间的差为最大，而且binL和binR与binp之差近似相等。也就是说，在定时得到优化调整时，峰binp发生在采到的相关峰处。现在参见图6，其中例示了相关峰采样与定时误差关系的一些定时相位图600。正确或最佳的定时相位示于图610，超前的定时相位示于图620，而滞后的定时相位示于图630。每个图都示出了接收信号的解扩相关以及与binp、binL和binR相应的峰点和左、右邻点。例如，在图610中，支路611、612和613分别相应于binL、binR和binp。如图所示，支路611和612是对称的都低于峰值支路613。然而，如果定时相位超前，就是次最佳的，binL(图620的支路621)具有比binR(支路622)大的幅度。类似，如果定时相位滞后，也是次最佳的，如图630所示。
因此，在本发明中，并行相关器向误差估计器524提供binp、binL和binR。每当误差估计器524检测到定时相位超前或滞后时，就产生误差信号，调整定时回路532，以获得正确的样点定时相位。因此，在本发明中，如果样点定时相位超前或滞后(非最佳的)，误差估计器524提供误差信号，调整与定时回路532关联的解调参数，使binp最大，从而使binL和binR最小而且相等。
就优化消旋而言，误差估计器524将接收到的峰支路与一个最佳的或理想的(没有旋转的)峰支路相比较，如果必要的话就调整CTL回路531，以达到更好或理想的消旋。就优化增益而言，误差估计器524将峰支路的功率与最佳或理想功率或增益峰支路相比较，如果必要的话就调整AGC回路533，以获得较优或理想的解调增益。
再来看图3，因此在本发明中，并行相关器300对定时/载波锁定进行检测，为误差估计器524产生码元/索引。误差估计器524利用平行相关器300产生的数据跟踪/调整载波偏置、定时和AGC回路531、532、533。由于实现了一系列平行工作、各自用已知的而具有不同样点延迟的PN序列执行相关运算的相关器，从而能以码元率获得接收码元的相关曲线(各相关支路输出)。利用这些并行处理的相关器，从各相关支路输出(相关曲线)和各并行相关器的索引可以同时得到全部调整ADC 521样点定时所需的定时误差信号、调整消旋器523所需的载波频率偏置和调整RF电路510所需的AGC反馈。因此，本发明提供了一种估计这些误差信号而同时又保持解扩处理增益的更为有效和精确的方法。
在一个实施例中，采用一个TDMA系统，几个收发机在单个RF信道上分别通过链路与座机110连接。本发明优异地采用了一种在同一个RF信道维护现有RF链路和建立初始冷启动RF链路以及确定在码元定时、载波频率跟踪和AGC中通信链路是否锁定的技术。
现在参见图4，图中示出了按照本发明的一个实施例设计的图3接收机操作方法400的流程图。方法400提供了一种确定在码元定时、载波跟踪和AGC中通信链路是否已经建立(是否有一个有效数据信号)和检测指示数据分组发送结束的保护带的技术。保护带检测对于冷启动和在信号之间有效切换是很重要的，它使手机可以在冷启动时在正确的TDMA周期位置上与座机同步。
在一个TDMA系统中，假设有些手机只是在它们各自的TDMA周期时隙期间“接通”，本发明的方法400还考虑到对系统100的适当收发机的锁定。这是可以达到的，因为每个手机收发机都能检测在它的时隙开始处接收一个有效数据信号的时间，也能检测指示数字分组传输结束的保护带。这使手机可以断开一段规定的定时时间(通常用一个监视定时器实现)后在TDMA周期中它的下个时隙开始时“醒来”。
在数据接收前一些时间或与初始化同时，通过复位峰检测门限后计算M个(例如5个)峰支路输出的滑动平均而不考虑保护带计算出一个峰检测门限(步骤401，402)。这个门限于是计算为前M个峰支路输出的滑动平均，然后再按比例缩小一个数量级(步骤403)。
在一个给定的收发机的数据时隙开始处，它的监视定时器“唤醒”收发机，它开始进行初始化，或者也可以在接收到一个有效信号时开始初始化(步骤430，431-434)。初始化和确定峰检测门限后，方法400确定是否在接收有效数据或是否已遇到了保护带。只要是在接收有效数据，操作就满意地进行。如果检测到太多的差错，就采取一些步骤试图锁定。如果检测到一个保护带，收发机可以激活一个监视定时器，直至下个数据或音频时隙再去活。
因此，初始化后，如果搜索标志(搜索保护带的标志)没有置位，本方法就寻找M个峰值一段时间(步骤441，442，444)以确定是否已有有效数据被接收到。如果在这段时间内没有检测到有效数据，就尝试不同的载波、AGC或信道设置和进步局部初始化(步骤444-447)，如果必要的话再执行冷启动(步骤448)。有利的是，搜索M个峰(或K个非峰)是以码元率进行的，因为并行相关器300提供对于每个码元的所有相关支路的输出。因此，在一个实施例中，方法400搜索相关峰支路索引的一致性。具体地说，横跨N个码元，如果M个陆续的相关峰支路处在相同的索引(即如果有M个陆续的相关峰都出现在同一个相关支路上，例如陆续有M次bin2都是一个峰)，就可以表示已初始锁定。
如果检测到M个峰，表明接收到有效数据，于是将搜索标志置位，方法400通过寻找K个一致低于峰检测门限的峰支路输出来搜索保护带(步骤442，443，441，421)。搜索K个低于门限的峰支路输出一直继续到超过预定时间，于是尝试不同的载波、AGC或通信设置(步骤422，445-447)。如果搜索到K个峰，也就是发现了保护带，于是将各标志和计数器复位，因为数据分组传输结束(步骤421，423)。然后，收发机进入等待状态，直至出现它的下个数据分组传输时隙。在下个数据时隙开始时，收发机再开始接收数据，而并行相关器300向误差估计器524提供binp、binL和binR，在必要的情况下用以调整回路531、532和533的解调参数。在这个阶段，CTL回路531校正频率偏置，而定时恢复回路532校正定时误差。AGC回路533跟踪任何信号强度的起伏。
为了获得更可信的链路锁定，在一个实施例中，进行比特模式匹配，将这些解码得到的比特与一些已知的比特模式，例如一个数据分组标头，进行匹配(步骤421，423，424，427)。如果在某个预定时帧内没有达到比特模式匹配，就宣告是一个虚假锁定(步骤425)。此时，过程通过改变信号增益(AGC)和本机载波频率再尝试的各个步骤(步骤445-447)从新开始。如果解码得到的比特模式与所存储/已知的比特模式之一匹配，于是就建立RF链路(步骤427)。确定系统处在TDMA周期内的位置(步骤428)后，设置各适当的计数器值和进行其他TDMA周期交流(步骤429)。步骤429导致处理器实现步骤431及其后步骤，使CTL回路531校正频率偏置和使定时恢复回路532校正定时误差。然后，使AGC回路533跟踪任何信号强度起伏。
一旦宣告误差信号有效，工作在闭环的码元定时回路531和载波跟踪回路532将校正定时和载波频率的任何偏差。当然，即使是在码元定时和载波频率有某些偏差时仍能得到相关峰支路输出。在一个实施例中，载波频率可以偏离到100KHz，仍能产生一个相关峰支路输出。
如果检测到有M个在一个给定索引的一致峰支路输出(步骤442)，就将搜索标志置信，表示可能存在一个有关的数据分组(步骤443)。这个搜索标志使一个保护带搜索块启动，搜索这个分组的边界。步骤403得出的门限值用来确定是否在搜索/冻结标志置位后已发现一个保护带。这个值根据前M个峰支路输出的平均再缩小一个数量级计算得出。因为系统100是一个TDMA系统，因此可以建立一个计数器，从而就能知道下一个可能的有关数据分组将在什么时间到达。下个数据分组于是将用来产生误差信号，解码后用于标识。一旦获得正确的标识(或者说比特模式匹配)，微处理器就对各个用来指向正确时隙的计数器进行设置。
如果在预定时间内没有获得正确的标识，就使本机载波频率(LO)或AGC回路步进到另一个值，例如LO的步长为50KHz，而AGC的步长为10dB。再启动对M个一致索引和保护带的搜索。在这些块中都可采取置信措施，保证高度可靠地建立RF链路。例如，搜索和冻结标志只是在获得了三次陆续M个一致索引后才置位。应注意的是，搜索一致索引的持续时间应延续至少两段。这是因为座机110将每隔一段发送数据，如图2所示，即使没有手机在用。
这个操作由一个微处理器协调，也就是说，达到初始锁定后，微处理器可以提供一些用于比特模式匹配操作的参数或值。初始锁定由硬件实现，而宣告最终锁定则由微处理器在上一层确定。一旦链路建立，就将用来指向TDMA系统内正确时隙或帧的各计数器分别设置到由微处理器确定的相应数。
除了如在上面说明的无线电话系统的数字通信，本发明也可用于例如BPSK、QPSK、CAP和QAM，以及诸如对于在美国使用而提出的Grand Alliance高清晰电视(HDTV)系统所采用的VSB调制系统。熟悉本技术领域的人员可以理解，在设计上需要进行哪些改变才能使所揭示的发射机调制系统适合所要求的调制方式，以及怎样设计所例示的这些组成部分才能与所要求的调制方式配合。
熟悉本技术领域的人员可以看到，以上说明的按本发明原理构成的无线系统可以是一个蜂窝系统，其中的座机110表示一个为蜂窝电话网内小区之一服务的基站。
可以理解，熟悉本技术领域的人员可以在不偏离如在以下权利要求所给出的本发明的原理和专利保护范围的情况下对以上为了说明本发明的实质所例示的这些部分的细节、构件和配置进行各种改动。

Claims (18)

1.一种接收由表示相继I、Q码元对、通过将每个码元乘以一个C码片(切普)的伪随机数(PN)序列产生的相继码片组成的采样扩频信号的接收机(500)，其中每个码元相应于C个码片，每个所述码片相应于S个样点，而C和S都是整数，所述接收机包括：
(a)至少是一个自动增益控制(AGC)回路(533)、一个载波跟踪回路(CTL)(531)和一个定时回路(532)中的一个回路，用来对所接收的扩频信号进行解调，
所述接收机的特征是它还包括：
(b)一个并行相关器(300)，它包括：(1)(S×C)个I相关器，用来提供每(S×C)个I样点和一个相应PN比特一个的总共(S×C)个I码元，以及(S×C)个Q相关器，用来提供每(S×C)个Q样点和一个相应PN比特一个的总共(S×C)个Q码元；(2)(S×C)个绝对值加法器，来接收由所述这些I和Q相关器提供的所述各I、Q码元构成的(S×C)个相应I、Q码元对，提供(S×C)个分别与各I、Q码元对的和的绝对值相应的支路输出；(3)检测(S×C)个支路输出中的峰支路输出(binp)、提供峰支路输出和两个相邻支路输出(binp-1，binp+1)的装置；以及
(c)一个误差估计器(524)，它包括至少下列装置之一：
(1)确定相邻支路输出(binp-1，binp+1)是否不等、对定时回路(532)进行调整以使相邻支路输出(binp-1，binp+1)相等的装置；
(2)将与峰支路输出(binp)相应的I、Q码元对与一个在无旋转情况下的最佳I、Q码元对相比较、对CTL(531)进行调整使得两者之差减小从而使对信号的消旋最佳的装置；以及
(3)将峰支路输出(binp)的功率测度与最佳功率测度相比较、对AGC回路(533)进行调整使得所述功率测度与所述最佳功率测度之差减小从而使信号增益最佳的装置。
2.权利要求1的接收机，其中所述接收机(500)是一个无线电话系统(100)的一个无线手机(120i)的手机收发机(121，122)的一个部件，所述无线电话系统包括所述无线手机、多个其他无线手机(120)和一个座机(110)，所述座机有一个座机收发机(111，112)，用来在一个RF信道上与各手机通信。
3.权利要求2的接收机，其中所述每个手机都包括一个手机收发机，用来在一个共享信道上通过座机手发机与所述座机建立一个时分多址(TDMA)链路，每个手机在一个TDMA方式(200)的一个独占时隙期间进行通信，所述TDMA方式在一个TDMA方式的为在用手机分配时隙的专用时隙期间为手机分配时隙(251-253)。
4.权利要求3的接收机，所述接收机还包括一个处理器，它具有搜索高于一个峰门限的第一若干个陆续峰支路输出以确定所述接收机正在接收有效数据的装置和搜索低于峰门限的第二若干个陆续峰支路输出以确定所述接收机正在接收保护带数据的装置，而所述峰门限通过对第三若干个先前峰支路输出进行滑动平均后再按比例缩小一个数量级计算确定。
5.权利要求4的接收机，其中所述接收机在一个数据分组传输结束时断开，启动一个倒计时定时器，按照这个倒计时定时器，在本手机的下个时隙再接通工作。
6.权利要求1的接收机，其中每个所述回路的特性分别由一个或多个回路控制参数表征，所述误差估计器通过调整每个所述回路各自的回路控制参数来调整所述这些回路。
7.权利要求1的接收机，其中C＝16，而S＝2。
8.权利要求1的接收机，其中所述I和Q相关器每个都包括一个乘法节点，用来将本相关器的I或Q样点乘以相应的PN比特。
9.权利要求1的接收机，其中每个所述回路的特性分别由一个或多个解调回路参数表征，而所述误差估计器按照根据峰支路输出和至少两个相邻支路输出得出的各误差信号分别调整相应解调参数来调整这些回路。
10.权利要求1的接收机，所述接收机还包括一个处理器，它具有搜索高于一个峰门限的第一若干个陆续峰支路输出以确定所述接收机正在接收有效数据的装置，而所述峰门限通过对第二若干个先前峰支路输出进行滑动平均后再按比例缩小一个数量级计算确定。
11.权利要求10的接收机，其中所述处理器还包括搜索低于峰门限的第三若干个陆续峰支路输出以确定所述接收机正在接收保护带数据的装置。
12.权利要求1的接收机，其中所述误差估计器包括装置(c)(1)、(c)(2)和(c)(3)。
13.一种在一个接收机(500)内接收由表示相继I、Q码元对、通过将每个码元乘以一个C比特的伪随机数(PN)序列产生的相继码片组成的扩频信号的方法，其中每个码元相应于C个码片，每个所述码片相应于S个样点，而C和S都是整数，所述方法包括下列步骤：
(a)用至少是一个自动增益控制(AGC)回路(533)、载波跟踪回路(CTL)(531)和一个定时回路(532)中的一个回路对所接收的扩频信号进行解调，其特征是接收机包括一个并行相关器，它包括：(1)(S×C)个I相关器和(S×C)个Q相关器，(2)(S×C)个绝对值加法器和一个置信搜索判决单元；
(b)用(S×C)个I相关器提供每(S×C)个I样点和一个相应PN比特一个的总共(S×C)个I码元，以及用(S×C)个Q相关器提供每(S×C)个Q样点和一个相应PN比特一个的总共(S×C)个Q码元；
(c)用(S×C)个绝对值加法器接收由所述这些I和Q相关器提供的所述各I、Q码元构成的(S×C)个相应I、Q码元对，提供(S×C)个分别与各自I、Q码元对的和的绝对值相应的支路输出；
(d)用置信搜索判决单元检测(S×C)个支路输出中的一个峰支路输出(binp)，提供这个峰支路输出和两个相邻支路输出(binp-1，binp+1)；以及
(e)用一个误差估计器(524)执行至少下列步骤中的一个步骤：
(1)确定相邻支路输出(binp-1，binp+1)是否不等，对定时回路(532)进行调整，以使相邻支路输出(binp-1，binp+1)相等；
(2)将与峰支路输出(binp)相应的I、Q码元对与一个在无旋转情况下的最佳I、Q码元对相比较，对CTL(531)进行调整，使得两者之差减小，从而使信号的消旋最佳；以及
(3)将峰支路输出(binp)的功率测度与最佳功率测度相比较，对AGC回路(533)进行调整，使得所述功率测度与所述最佳功率测度之差减小，从而使信号增益最佳。
14.权利要求13的方法，其中所述步骤(e)包括步骤(e)(1)、(e)(2)和(e)(3)。
15.一种无线电话系统(100)，包括：
(a)一个具有一个座机收发机(111，112)的座机(110)；以及
(b)多个无线手机(120)，每个手机(120i)包括一个手机收发机(121，122)，用来按照每个手机(120i)在一个TDMA周期(200)的一个独占时隙(251-253)期间进行通信的TDMA方式(200)在一个共享信道上通过座机收发机与座机建立一个无线扩频TDMA链路，所述链路包括由表示相继I、Q码元对、通过将每个码元乘以一个C比特的伪随机数(PN)序列产生的相继码片组成的采样扩频信号，其中每个码元相应于C个码片，每个所述码片相应于S个样点，而C和S都为整数，每个手机收发机都包括一个接收机，所述接收机包括：
(1)至少是一个自动增益控制(AGC)回路(533)、一个载波跟踪回路(CTL)(531)和一个定时回路(532)中的一个回路，用来对所接收的扩频信号进行解调，
所述系统的特征是所述接收机还包括：
(2)一个并行相关器(300)，它包括：(i)(S×C)个I相关器，用来提供每(S×C)个I样点和一个相应PN比特一个的总共(S×C)个I码元，以及(S×C)个Q相关器，用来提供每(S×C)个Q样点和一个相应PN比特一个的总共(S×C)个Q码元；(ii)(S×C)个绝对值加法器，用来接收由所述这些I和Q相关器提供的所述各I、Q码元构成的(S×C)个相应I、Q码元对，提供(S×C)个分别与各自I、Q码元对的和的绝对值相应的支路输出；(iii)检测(S×C)个支路输出中的峰支路输出(binp)、提供峰支路输出和两个相邻支路输出(binp-1，binp+1)的装置；以及
(3)一个误差估计器(524)，它包括至少下列装置之一：
    (i)确定相邻支路输出(binp-1，binp+1)是否不等、对定时回
路(532)进行调整以使相邻支路输出(binp-1，binp+1)相等的装置；
    (ii)将与峰支路输出(binp)相应的I、Q码元对与一个在
无旋转情况下的最佳I、Q码元对相比较、对CTL(531)进行调
整使得两者之差减小从而使对信号的消旋最佳的装置；以及
    (iii)将峰支路输出(binp)的功率测度与最佳功率测度相比
较、对AGC回路(533)进行调整使得所述功率测度与所述最佳功
率测度之差减小从而使信号增益最佳的装置。
16.权利要求15的系统，其中所述误差估计器包括所述装置(3)(i)、(3)(ii)和(3)(iii)。
17.一种接收由表示相继I、Q码元对、通过将每个码元乘以一个C比特的伪随机数(PN)序列产生的相继码片组成的采样扩频信号的接收机(500)，其中每个码元相应于C个码片，每个所述码片相应于S个样点，而C和S都是整数，所述接收机包括：
(a)至少是一个自动增益控制(AGC)回路(533)、一个载波跟踪回路(CTL)(531)和一个定时回路(532)中的一个回路，用来对所接收的扩频信号进行解调，
所述接收机的特征是它还包括：
(b)一个并行相关器(300)，它包括：(1)(S×C)个I相关器，用来提供每(S×C)个I样点和一个相应PN比特一个的总共(S×C)个I码元，以及(S×C)个Q相关器，用来提供每(S×C)个Q样点和一个相应PN比特一个的总共(S×C)个Q码元；(2)(S×C)个绝对值加法器，用来接收由所述这些I和Q相关器提供的所述各I、Q码元构成的(S×C)个相应I、Q码元对，提供(S×C)个分别与各自I、Q码元对的和的绝对值相应的支路输出；(3)检测(S×C)个支路输出中的峰支路输出(binp)、提供峰支路输出和两个相邻支路输出(binp-1，binp+1)的装置；以及
(c)一个误差估计器(524)，它包括确定相邻支路输出(binp-1，binp+1)是否不等、对定时回路(532)进行调整以使相邻支路输出(binp-1，binp+1)相等的装置。
18.权利要求17的接收机，其中所述误差估计器还包括：
将与峰支路输出(binp)相应的I、Q码元对与一个在无旋转情况下的最佳I、Q码元对相比较、对CTL(531)进行调整使得两者之差减小从而使对信号的消旋最佳的装置；以及
将峰支路输出(binp)的功率测度与最佳功率测度相比较、对AGC回路(533)进行调整使得所述功率测度与所述最佳功率测度之差减小从而使信号增益最佳的装置。
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