CN1149766C - 接收机与发射机同步的方法和有关的电路 - Google Patents

Abstract

一种用于使接收机，例如在蜂窝通信系统中工作的无线电话，和发射机同步的同步方法与设备。同步序列作为控制信号的部分被发送到接收机。同步序列由点序列或一组m-序列组成。这样的同步序列是高容差的并且也使用户终端的同步减少计算量。

Description

接收机与发射机同步的方法 和有关的电路

技术领域

本发明一般地涉及用于将一个接收机，比如在蜂窝通信系统中工作的无线电话，与发送信号到接收机的发射机同步的同步方法和设备。更具体而言，本发明涉及一种同步方法，和有关的电路，其中将数字编码的同步序列发送到接收机并由接收机用来使接收机与发射机同步。

背景技术

该同步序列的特征在于，使得接收机能够通过一种减少了复杂性的相关过程来检测它们。因为只需要少量的计算来检测同步序列，接收机的同步得以很快完成。

该同步序列具有高的安全系数，即使该序列在遭受高衰减或多径畸变的通信通道上传送，也能使接收机方便地将它们检测出。因为同步序列是数字编码的，序列可在时分多路复用(TDM)通信系统，例如在几种通常的蜂窝通信系统中所采用的制式中传送。因此，本发明便于包含在一个蜂窝通信系统中，例如一个陆地蜂窝通信系统或一个卫星-蜂窝通信系统中。在所选的时隙期间，由一个蜂窝网络站发送到一个无线电话，成为控制通道上产生的控制信号的一部分时，响应检测同步序列的无线电话就同步于发射机，以便既接收控制信号的其它部分，又接收在其它数据或话音通道上产生的其它信号。

一个通信系统，最低限度，由通过通信通道互相连接的一个发射机和一个接收机组成。在通信通道上传送由发射机发送的通信信号，由接收机接收。

无线电通信系统是一种通信系统，其中通信通道是由电磁频谱的一个或多个频段组成。因为在发射机与接收机之间不需要固定的或硬线连接，当使用这样的固定的或硬线连接是不方便或不实际时，应用无线电通信系统是有利的。

蜂窝通信系统是无线电通信系统的一种类型。当蜂窝通信系统的基础结构，本文以下称为网络，在整个地理区域内安装后，对于蜂窝系统的一个用户，当他在由系统包围的地理区域中的任何地方时，一般在系统中能够用电话通信。

虽然通常的，陆地-蜂窝通信网络已经在世界的整个重要部分安装了，但是某些地区没有这样的网络。例如，在低人口密度地区，陆地-蜂窝通信网络在商业上是不可行的。而且，现有的陆地-蜂窝网络也已经按照各种不同的标准建造了。

无线电话，本文以下有时也称之为“用户终端”，能够在一个通信系统中工作，有时不能在其它的蜂窝通信系统中工作。即使在一个蜂窝通信网已经安装的地区中。如果用户试图应用制造成只能与其它的一种蜂窝通信网络工作的用户终端，用户是不可能按此通信的。

卫星-蜂窝通信系统已有提议，实施以后，应该允许位于几乎任何位置的用户通过卫星蜂窝通信系统用电话方式通信。通过在基于卫星的发送接收机与用户终端之间发送下行链路信号及在用户终端与基于卫星的发送接收机之间发送上行链路信号，在用户终端与基于卫星的发送接收机之间的电话通信将是可能的。通过实现在基于卫星的发送接收机与一个地面站之间的附加的通信链路，用户终端的用户通过地面站与基于卫星的发送接收机将能够与另一方用电话方式通信。

由于数字通信技术的固有的频率，许多已经安装的蜂窝通信网络已经变换成使用数字通信技术，许多新提议的蜂窝通信系统正在设计成使用数字通信技术。其它的通信系统同样地使用，或计划变换成或使用数字通信技术。

为了正确地实现其功能，特别是当通信系统使用数字通信技术时，用户终端必须与蜂窝通信网络的一个网络站同步。通常，同步序列是由网络站发送到用户终端，使用户终端与网络站同步。其它的通信系统同样地使用通常的同步序列用于同样的目的。

用户终端与发送同步序列的发射机的同步一般情况下需要执行许多的处理步骤。一般情况下是在由接收机接收到的信号与贮存的同步字之间进行相关。当接收到的信号的符号位序列对于贮存的同步字表现出很高的相关性时，就作出决定：这样一些接收到的符号位组成发送到接收机的同步序列。当发送到接收机的信号的格式已知时，接收机与网络站的同步就被实现了。这就是说，将同步序列依据已知的格式发送到接收机时，一旦同步序列的位置被确定，发送到接收机的其它信号成分的位置也可被确定。

Bottiglieri，等，美国专利NO.5,335,228公开了一种同步方法的例子。在Bottiglieri等的文中，输入数据流的每帧包括一个服务时隙，它包括一个同步型式，用于使远方单元与数据流的定时同步。另一种同步方案公开于下文中，M.Nakamura，等，IEEE Transactionson Nuclear Science，vol.35，no.1，Feb 1，1988，pages 197-204.Nakamura，等公开了一种用于在纤维光缆上传送的串行数据格式。每行数据的开始包括具有所选的位型式的两个多余字，用于同步在纤维光缆上传送的数据。

通常，将接收到的符号位的组每个与贮存的同步字相关。为了确定接收到的符号位与贮存的同步字之间的相关，需要一个对每组符号位实行计算的第一顺序数，N。对接收机接收到的每组符号位实行相关需要的处理步骤的数量很快就成为一个非常巨大的数，因为，为了确定同步序列的接收，需要非常大量的处理。

当发送到接收机的信号遭受到高的衰减或多径畸变时，同步序列的检测是比较困难的，因为在它传送到接收机期间，同步序列可能被畸变或衰减。

给接收机提供一种高度可靠的同步序列，使得接收机与发射机同步只需执行较少数量的处理步骤的任何方法将是有优越性的。

依据涉及接收机与发射机同步的这些背景信息，本发明的重大改进已经包含这样一种蜂窝通信系统的用户终端。

发明内容

本发明提供了一种有优越性的同步方法和有关的电路，用于将接收机与发射机的同步，例如，可在一个蜂窝通信系统中工作的用户终端。

由发射机将数字编码的同步序列发送到接收机，接收机使自己同步于按照所选择的格式发送的同步序列。同步序列的特征在于，可被接收机通过减少了复杂性的相关过程检测出。很快很简单地实现了接收机的同步，因为检测同步序列只需要较少数量的计算。

同步序列具有高可靠性的特性，即使在一个表现出高衰减或多径畸变的通信通道上传送，也能方便地由接收机检出。

本发明的电路及其有关的同步方法可方便地用于一个蜂窝通信系统中，使可在其中工作的用户终端同步于一个网络站。在陆地蜂窝通信系统中，将同步序列作为在一个蜂窝基站产生的控制信号的部分发送到用户终端。在卫星蜂窝通信系统中，同步序列组成在一个网络控制中心产生的控制信号的部分，并通过基于卫星的发送接收机发送到用户终端。

在本发明的一个方面中，同步序列是由点序列组成。点序列可看成是由可分成互相级联的两部分的一个奇函数组成。点序列可看成为可分的该两个部分可以有不相同的位长度。在本发明的另一方面，同步序列包括两个基本上相同数值的m-序列。该两个m-序列级联在一起，每个m-序列形成同步序列的一个部分。在与一起形成多重帧的帧组中间间隔开的所选的时隙期间发送该同步序列。通过计算预选的同步序列和接收到的同步序列的相关，以及确定接收到的同步序列在一个多重帧中的位置，用户终端就同步于发送同步信号的网络站。

因此，在各个方面，一种方法和有关的电路使接收机与发射机同步。接收机与发射机通过通信通道连接在一起，控制信号从发射机在通信通道上发送。按照所选的格式格式化控制信号并包括同步序列，每个同步序列由互相级联并基本上相同的第一同步部分和第二同步部分组成。控制信号在接收机被检出，计算在预选的同步序列与在接收机上检测到的控制信号的部分的相关。表现出相关水平增加的控制信号的部分被选出形成被格式化组成控制信号部分的同步序列，从而使接收机与发射机以及所发送的控制信号同步。

附图说明

通过简要叙述于下的附图，以下的本发明当前的最佳实施方案的详述，和所附的权利要求，可对本发明及其内容有更完全的了解。

图1示出了包含本发明的实施方案的电路与方法的一个卫星-蜂窝通信系统的功能性方框图。

图2示出了在本发明的一个实施方案中用于组成一个同步序列的点序列。

图3示出了组成本发明的另一个实施方案的同步序列的一组m-序列。

图4示出了包括同步序列的一个控制信号的格式。

图5示出了产生按照图4中所示的结构格式化的控制信号的网络控制电路的功能性方框图。

图6示出了本发明的一个实施方案的一个用户终端的功能性方框图。

图7示出了本发明的一个实施方案的一个用户终端的另一种功能性方框图。

图8示出了依据本发明的一个实施方案，组成示于图6和7中的用户终端的一部分的点序列相关器的功能性方框图。

图9示出了在本发明的一种实施方案工作期间算出的相关水平，作为时间函数画出。

图10示出了本发明的一种实施方案的工作方法的逻辑性流程图。

图11示出了本发明的一种实施方案的电路的功能性方框图，用于解决在用户终端与由发送的点序列组成的同步序列同步期间的频率误差。

具体实施方式

图12示出了与图11中所示的类似的功能性方框图，然而是本发明的一种实施方案的电路，用于解决在用户终端与由一组m-序列组成的同步序列的同步期间的频率误差。

详述

首先参看图1，一种通常示为10的卫星-蜂窝通信系统，包括电路并实现本发明的一种实施方案的方法。虽然所示出的实施方案的通信系统10组成一个卫星-蜂窝通信系统，然而在一开始就应该理解，本发明的电路和方法可被类似地包含在其它类型的通信系统中，例如，包括，陆地-蜂窝通信系统或其它类型的无线电话通信系统。

通信系统10包括一个陆地地球站12，连接到有线电话网。这样的连接在图中用由陆地地球站12引出的电路14表示。

陆地地球站12包括发送接收机电路，特别是用于与基于卫星的发送接收机16发送接收通信信号。基于卫星的发送接收机不仅能与陆地地球站12发送接收通信信号，而且也能与其它陆基设备，例如一个网络控制中心18发送接收通信信号。发送接收机16在此主要是用作一个中继站，用于将在陆地地球站12上产生的信号中继到网络控制中心18，反过来也一样。发送接收机16进一步优先地包括控制电路，允许发送到发送接收机16被中继的信号的频道可以被改变，以便能最有效率地利用在通信系统10中分配用于通信的频道。

网络控制中心18的发送接收机电路，依次，可与其它基于卫星的发送接收机，例如发送接收机22，发送接收通信信号。发送接收机22，类似于发送接收机16，与陆基发送接收机，包括，例如，用户终端24，发送接收通信信号。又，发送接收机22主要用来中继发送的通信信号，并再次优先包括控制电路，用于选择所发送的信号被中继到其它通信站的频率。

按照通信系统10的通信允许一个用户终端，例如用户终端24的用户，可用电话在世界大部分地区的任何位置通信。只要用户终端24的用户是位于允许与基于卫星的发送接收机发送与接收通信信号的地方，用户能够用电话与另一个用户终端的用户或者通常的有线网络的电话设备通信。

为了正确地工作，用户终端24必须与蜂窝网络同步。一旦正确同步后，话音，或其它的通信可在用户终端和蜂窝网络之间进行。

正如前面提到的，在接收机，例如用户终端24，和发送站，例如蜂窝网络之间实施同步的一种现有的方式是按照一种已知的格式发送同步序列到接收机，例如用户终端24。通过检测传送的同步序列，同步可被实现。然而，同步序列的检测需要大量的处理步骤将接收到的数据与存贮的同步字相关。这样所需要的处理步骤的数量对处理器是高强度的。

而且，当同步序列必须在表现很大衰减或多径畸变的通信通道上发送时，在这样一种通信通道上发送的同步序列可能被大大地畸变或衰减。工作在这样一种环境中时，同步必须是有高安全系数以保证适当地传送到接收机。

一种以通信系统10举例示范的卫星通信系统，是这样一种通信系统，其中有效功率制约限制了在通信系统的网络与用户终端24之间传送的信号功率水平。因此，典型情况下，信号对噪声功率比，C/N是一个相当低的值，如果在用户终端上的天线并未定向到检测最佳的发送信号，由用户终端实际接收到的信号的信号对噪声的比将更进一步下降。在至少一个建议的卫星蜂窝通信系统中，通信联络信号要求发送的容限是平均白高斯噪声(AWGN)上30dB。这样一种要求，一般相应于在用户终端中检测通信联络信号具有大约-10dB的C/N比的灵敏度。因为用户终端必须与蜂窝网络同步以正确接收通信联络信号，因此通信系统需要高容限的同步能力。

本发明的一种实施方案提供了发送到用户终端的高功率同步(HPS)脉冲群，使用户终端能与网络同步。在本发明的一种实施方案中，同步是一个两步的过程。首先实现粗略同步；然后实现精细同步，在粗略同步期间，HPS脉冲群使用户终端同步到第一水平的同步，然后，在精细同步期间，可能采集到一个符号位以内；也提供了更精确的频率偏置。

当用户终端接通时，终端开始粗略同步步骤。粗略同步过程将时间(和频率)的不确定性降低到所选定的水平，使以后为执行精细同步所需要的运算量下降。在一种实施方案中，在用户终端接通时，用户终端搜索所有可能的主要载波。一种主要载波是多路复用控制通道的载波。在另一种实施方案中，用户终端被假定已在一个区域中预先登记，在接收通信联络信号以前使用额定的控制通道。

在任一种实施方案中，系统同步是通过利用高功率脉冲群来实现的，该脉冲群包括预先规定的形成同步序列的型式。脉冲群是与其它控制通道和通信通道时间-多路复用的。同步序列的特征在于，既允许执行简化的相关运算形成接收信号的相关值，又额外地允许接收到的信号相干地迭加以便在将接收信号应用到功率检测器以前增加处理增益。

图2示出一种点序列，以26表示，它形成本发明的一种实施方案的同步序列。点序列26可考虑形成一种具有级联的第一部分28和第二部分32的奇函数。第一与第二部分28和32基本上是互相一致的。

点序列I由下式描述：

$(d_i{)}_{i-1}^N$

其中：d_i＝1，i是奇数

     -1，i是偶数

在一种实施方案中，点序列是在一个时分多址(TDMA)多重帧的四个同步脉冲群期间被发送，其中每个脉冲群长度是N，N的值最大是156。当点序列是按照成组特殊移动(GSM)通信系统发送时，采用值156。在其它实施方案中，脉冲群是其它的长度，也就是说，N是其它的值。

图3示出了本发明的一种替代的实施方案的一组m-序列的格式，以36表示。这组m-序列当发送到用户终端时组成同步序列，使用户终端实现步。组36包括两个相同的m-序列部分38和42，在此，每个63位长。部分42被级联到部分38，每个m-序列38和42每个进一步分别包括8位扩展44和46。m-序列38和42是互相一致的，可被认为由第一和第二部分48和52组成，其中部分48与52是互相一致的。扩展44和46不必要是相同值，被用于精细同步步骤。m-序列38和扩展44一起组成部分48，m-序列42与扩展52一起组成组36的部分52，并级联在一起。

图4示出了一种控制信号的格式图，其中同步序列，例如分别示于图2和3中的点序列26或m-序列组36组成控制信号的部分。同步序列在所选的时隙期间发送形成发送到用户终端24的控制信号的部分。示于图4中的格式图是举例性质的，其它用来对发送到用户终端的控制信号格式化的方式可由替代方案组成。

控制信号由数字编码符号位组成，它们顺序地被调制和发送，符号位的相邻的组规定数据的时隙。相邻的数据时隙规定数据帧。相邻的帧组规定多重帧。在图3中，示出了两个多重帧56的部分，每个多重帧56由51个帧组成，其中4个帧58示于图中，也就是，示于图中的多重帧的第一，第十一，第二十二，和三十一帧。在本发明的一个实施方案中，同步序列在每个多重帧56的四个帧58的第一时隙期间发送。每个帧58被分成8个时隙(在图中未分别示出)。

为了以下更充分地描述，每个多重帧56也分成子多重帧62；每个子多重帧62是基本上相同的长度。子多重帧62是分段的，包含同步序列的帧58由分隔距离互相隔开，使得在一个子多重帧内包含同步序列的帧58不超过一个。包含同步序列的帧58互相也由不同的分隔距离隔开，将在下面说明，使得在检测同步序列以后便于在多重帧56内确定同步序列的位置。

图5更详细地示出在图1中已示出的网络控制中心18，网络控制中心特别用来产生，例如，按图4中所示的格式方案格式化的控制信号。按照这样的操作方式，网络控制中心产生同步序列并将它插入控制信号。由网络控制中心产生的控制信号通过基于卫星的发送接收机，例如发送接收机22，发送到用户终端，例如图1中所示的用户终端24。网络控制中心18包括一个控制器72，控制控制中心18的运行。控制器72控制控制信号格式器74的操作，已功能性地示于一个实施方案中，由处理电路，例如控制器72的处理电路可执行的算法构成的。

控制器72进一步连接到能够产生如图2和3中所示的同步信号发生器76。在本发明的一种实施方案中，同步信号发生器76也由例如控制器72的处理电路的处理电路可执行的算法组成。控制信号格式器能够对由网络控制中心18产生的并包括由同步信号产生器76产生的同步信号的控制信号编排格式。由格式器74格式化的控制信号在此通过多路复用器82施加到发射机电路78上。发射机电路能够响应由控制器72产生的控制命令发送由控制信号格式器74格式化的控制信号。多路复用器82被进一步连接到话音/数据信号源84，交替地发送话音或数据信号。

当能够产生按照，例如，图4中提出的格式格式化的控制信号的控制数据帧被发送时，所选出的帧包括由同步信号发生器76产生的同步序列。

图6示出已在图1中示出过的用户终端24，能够接收所发送的控制信号，例如，由图5中所示的网络控制中心产生的控制信号。用户终端24包括接收机电路82，能调谐到接收发送到用户终端的信号。接收信号的信号典型地被加到相关器84，与所加上的信号的部分相关。在本发明的各种实施方案中的相关器84的操作情况将在下作较充分的描述。所选的由相关器84执行的相关值被存贮在存贮元件86中，选择器88能选择加到相关器84的信号的部分，该相关器具有指明所相关的部分的相关值，形成如图2和3中所示的同步序列。对这种选择作出响应，实现用户终端24与发送信号的网络设备的同步。

被进一步示出的用户终端24包括可以通常方式工作的功率检测器92和解码器94。

图7更详细地示出在图6中已示出的用户终端24的部分，也就是，接收机电路82，相关器84，以及电源检测器92的部分再次被示出。在用户终端接收到的接收信号r(t)以通常方式通过混频器96和98分解为I和Q分量。I和Q分量被分别施加到低通滤波器102和104。由滤波器102和104产生的已滤波信号分别由信号采样器106和108采样，采样信号Rn被施加到相关器部分112和114。一旦被相关以后，采样信号部分被施加到示于此的由能量方波116和118以及组合器122组成的功率检测器92。

在一种实施方案中，其中同步序列由在图2中已示出过的点序列26组成，点序列被插入所选的发送到用户终端的控制信号的帧中。采用举例的方法，在图4中所示的格式方案将被用于解释本发明的一种实施方案的工作情况，通过这种实施方案实现用户终端24与发送包括点序列的控制信号到用户终端的一个网络站的同步。用户终端24给四个点序列脉冲群中每一个定位，误差在+/-Ts/2时间周期内，其中Ts是点序列发送的时隙中每一个的时隙持续时间。正如图7中所示的电路所指出的，已滤波的基带接收信号被采样器106和108采样，形成通信电路N的一种观测向量，并与点序列相关。因为点序列组成同步序列，相关可以通过利用点序列的特性非常简单地实现。

R_n，在时间n和n+1可表示为：

    R_n＝(r_n-N+1，r_n-N+2，…，r_n-1，r_n)

    R_n+1＝(r_n-N+2，r_n-N+3，…， r_n，r_n+1)

其中：

r_n是在时间nT上已滤波的，接收到的信号，和

T是位间隔。

进一步规定D是点序列，在时间n上观测向量的相关C_n和点序列可被表示为：

$C_n=R_n{D}^T$

$=\underset{i=1}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n-N+2i-1}-\underset{i=1}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n-N+2i}$

其中：

    T表示移项，

    N假定为偶数，

在时间n+1上的观测向量R_n的相关和同样时间上的点向量表示为：

$C_{n+1}=R_{n+1}{D}^T$

$=\underset{i=1}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n-N+2i}-\underset{i=1}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n-N+2i+1}$

$=-(C_n-r_{n-N+1})-r_{n+1}$

$=r_{n-N+1}-(C_n+r_{n+1})$

因此，时间n+1上的相关可从相关C_n用两步或运算算出，而且，当观测向量包括点序列，即，当R_n＝D时，C_n＝N，因此，处理增益N是可得到的。

图8示出相关器84，在此是点序列相关器，用于执行上述的相关计算。相关器84在连接相加设备124的电路123上接收采样信号，存贮器126的输出也连接到相加设备上。相加器124在电路128上产生输出信号，被施加到第二相加器132的输入。

电路123也连接到移位寄存器134，其输出连到第二相加器132的第二输入。在电路138上产生的输出信号连到存贮器126的一个输入。当信号样本被施加于相关器时，其相关值相继由相关器84确定。当由点序列组成的同步序列被加到相关器84时，由相关器84确定的相关值增加。

当同步序列是由多组m-序列组成时，例如示于图3中的组36，用户终端24与一个网络站的同步也是通过将接收信号部分与存贮的由m-序列组成的同步字相关来实现。当用户终端接通时，数据的符号位的窗被缓存在存贮器设备中。例如，当m-序列部分38和42是63位长时，窗是63个符号位的长度。相关器84用已存贮的m-序列每个循环移动来计算所有63个相关。当m-序列部分是其它的位长度时，由相关器84执行的计算数量相应地改变。一旦所有的相关已计算完，窗滑动63个样本，新的符号位窗被缓存与相关。还有，当m-序列部分是其它的位长度时，窗滑动相应改变的样本数。

当每个同步脉冲群是由两个m-序列部分，部分38和42组成时，数据的滑动窗最终缓存一个完整的m-序列，如果不是由单一m-序列组成，也将是由m-序列36的组的部分一起形成单一的m-序列部分组成。这样的符号位窗与存贮的m-序列的相关表现出高的相关水平。当对这样一种接收到的63位长的m-序列用通常方式相关时需要63减1次加法及大约63²(实际上，63×62)次运算，利用快速Hadamard变换(FHT)，执行相关所需要的运算数量大大减少。通过使用FHT，为了获得63个相关只需要63log₂(63)次运算。这就是说，每个缓存的符号位的窗的每个相关只需要log₂(63)次计算。以下是一个示范性的Hadamard序列的相关运算。为了简单起见，示范性的运算限于长度为7的一个m-序列。当然，类似这样的运算可被类推为其它长度的m-序列，例如，63位长。以下例子的m-序列是由(1，-1，-1，-1，1，1，-1)组成。这样的序列的七次循环移位形成的矩阵如下：

$M=\left[\begin{array}{ccccccc}1& -1& -1& -1& 1& 1& -1\\ -1& -1& -1& 1& 1& -1& 1\\ -1& -1& 1& 1& -1& 1& -1\\ -1& 1& 1& -1& 1& -1& -1\\ 1& 1& -1& 1& -1& -1& -1\\ 1& -1& 1& -1& -1& -1& 1\\ -1& 1& -1& -1& -1& 1& 1\end{array}\right]$

其中矩阵的每行是m-序列的一次循环移位。指是在一个滑动窗内的样本Rt＝(r_t ¹，…，r_t ⁷)，MR_t产生七个相关。

将一个附加的全1行与一个全1列加到矩阵M，一个新矩阵 如下所示：

$\hat{M}=\left[\begin{array}{cccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& -1& -1& -1& 1& 1& -1\\ 1& -1& -1& -1& 1& 1& -1& 1\\ 1& -1& -1& 1& 1& -1& 1& -1\\ 1& -1& 1& 1& -1& 1& -1& -1\\ 1& 1& 1& -1& 1& -1& -1& -1\\ 1& 1& -1& 1& -1& -1& -1& 1\\ 1& -1& 1& -1& -1& -1& 1& 1\end{array}\right]$

$=\left[{\underset{\‾}{c}}_{1^{\′}}{\underset{\‾}{c}}_{2^{\′}}{\underset{\‾}{c}}_{3^{\′}}{\underset{\‾}{c}}_{4^{\′}}{\underset{\‾}{c}}_{5^{\′}}{\underset{\‾}{c}}_{6^{\′}}{\underset{\‾}{c}}_{7^{\′}}{\underset{\‾}{c}}_8\right]$

将

的列重新排列，一个新矩阵 被定义如下：

$\tilde{M}=\left[{\underset{\‾}{c}}_{1^{\′}}{\underset{\‾}{c}}_{2^{\′}}{\underset{\‾}{c}}_{6^{\′}}{\underset{\‾}{c}}_{7^{\′}}{\underset{\‾}{c}}_{8^{\′}}{\underset{\‾}{c}}_{4^{\′}}{\underset{\‾}{c}}_{5^{\′}}{\underset{\‾}{c}}_3\right]$

$=\left[\begin{array}{cccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& -1& -1& -1& -1\\ 1& -1& 1& -1& 1& -1& 1& -1\\ 1& -1& -1& 1& -1& 1& 1& -1\\ 1& -1& 1& -1& -1& 1& -1& 1\\ 1& 1& -1& -1& -1& -1& 1& 1\\ 1& 1& -1& -1& 1& 1& -1& -1\\ 1& -1& -1& 1& 1& -1& -1& 1\end{array}\right]$

是一个由八个Hadamard序列组成的矩阵。与这样的m-序列的八次循环移位的相关可由以下方式计算出：

1.重新排列Rt，得到 ${\tilde{R}}_t=(0,{r_t}^1,{r_t}^2,{r_t}^7,{r_t}^8,{r_t}^4,{r_t}^5,{r_t}^3)$

2.用快速Hadamard变换计算

由此，63次相关可由(63+1)log₂(63+1)次运算取得。为了得到63个相关的运算所需的数量减少了一个因子63/log₂(63+1)。

因为为了使用户终端24与发送控制信号到用户终端的一个网络站同步要执行许多次相关，一种在同步过程操作期间减少所存贮的相关值的数量的方法有利于同步过程。在粗略同步期间，每个多重帧56包括四个同步序列脉冲群。在图4中所示的格式方案中，同步序列组成第一，第十一，第二十二，第三十一帧的部分。正如关于图4也已经提到的，多重帧56被再分成子多重帧62，其中每个子多重帧包括不多于一个同步序列脉冲群。通过这样一种安排，当用户接通时，用户终端在每个采样时间计算相关，并将最大的K个相关值与它们在每个子多重帧中的相应的时间指示存入存贮设备，例如图6中所示的存贮元件86。在本发明的一种实施方案中采用一种分类算法使得存贮设备的可用的存贮器可更有效率地利用。

在一种实施方案中，其中同步序列是由点序列组成，例如点序列26，当N是一个很大值时，C_n近似等于C_n+1。因此，当由噪声引起的相关值C_n大于由点序列脉冲的存在引起的相关C_m时，至少有可能相关C_n+1和C_n-1都大于C_m。结果，当K值较小时，意味着每个子多重帧只有少数存贮器位置被用上，有可能在子多重帧中所有K个最大的相关都是由于在时间上互相靠近的噪声引起的相关。为了排除由噪声引起的这些相关值，只有在δ_T的窗内的最大相关被存贮在存贮元件中。δ_T的值对于改进相关和同步过程是最佳的。

图9示出由用户终端24接收到的示范性信号的相关。在示范性的图示中，在用户终端上确定的相关水平作为一个时间函数画出。两个区，区152和154表现出增长的相关水平，但这种增长的相关水平是由于在用户终端接收到的信号中引入的噪声引起的，第四区，区156是一种由于在用户终端上接收到同步序列，在此是点序列脉冲群，引起的增长的相关水平。如果δ_T很小，只有K个存贮器位置被用来存贮相关值，由于噪声引起的相关值而不是由于接收到的同步序列引起的相关值可被存贮。

图9示出了三种大小的δ_T，δ₁，δ₂，δ₃。当δ_T是δ₁的大小时，如果K等于四，则相应于在时间g，h，i和j的相关值被存贮。时间标记g，h，i和j和它们相应的相关值都被存贮。当δ_T＝δ₂，相应于在时间g，i，e和c的相关值，以及当δ_T＝δ₃，在时间g，v，t和m上的相关值及这些时间标记被存贮。因此，当测量窗增长时，由于噪声引起的相关水平可能较少以保护由于接收到同步序列引起的相关值的存贮。

当同步序列是由图3中所示的一组m-序列36组成时，在每个滑动窗中最大相关值及其相应的坐标被检测到。如果当前的，最大的相关值大于存贮在存贮器元件中的最小的相关值，则最小的相关值及其坐标被新确定的相关水平及其坐标所代替。

一旦相关值及其各自的时间标记被确定和存贮，多重帧56的边界被确定以对所存贮的相关值及其相应的坐标作出响应。正如所描述的，在确定最大K个相关值以及它们相应于六个子多重帧62中每一个的时间指示坐标以后，每个被存贮的坐标的时间指示被假定是一个多重帧56的第K个同步序列脉冲群的后沿。这就是说，每个被存贮的坐标被分析以确定是否所存贮的坐标相应于第一，第十一，第二十二，或第三十一帧。所存贮的坐标的时间指示被假定是这样的帧的后沿，因为当整个粗略同步脉冲群已进入相关器84后，才获得最大相关值。因为粗略同步序列在帧之间的间隔是已知的，每个假定被分析，以确定相继的邻近的时间坐标标记是否被存贮在期望的位置上。这种分析的详情将在以下作更充分的描述，藉助于一种指示函数，通过定义统计决策的方程式来进行。如果这样的坐标时间指示被存贮，它们的相关值被积累。具有最大积累值的假定被选出，以形成最大似然假定，对此作出响应，所有的下行控制通道被定位，由此实现用户终端的同步。

按照以上提到的关于本发明的各种实施方案确定与存贮最大相关值的操作的描述，最大的相关值及其相应的坐标时间标记被存贮在存贮器元件中，例如图6中所示的存贮器元件86。M¹和M²表示存贮器元件的存贮器位置。M¹和M²都由六行和K列组成，分别存贮最大的相关值和相应的坐标时间标记。存贮器位置K的第i行和第j列的内容标记为M_i，j ^K，其中K＝1或2，M¹被称为“量值”表，M²被称为“坐标”表。

再次参考图4中所示的格式方案，将对本发明的一种实施方案，包括相关值的存贮及其相应的坐标时间标记作描述。为了举例的目的，在用户终端接收到多重帧56的第十五帧时用户终端接通。因此，一个粗略同步序列脉冲群应被标记在第一子多重帧62，第二子多重帧62，第五子多重帧62，和第六子多重帧62中。因而，在第三和第四子多重帧中将无同步序列被标记。

在粗略同步过程中，用户终端计算在整个多重帧56的每一位位置的粗略同步序列相关。然而，分类仅在相同子多重帧62上进行。量值表M¹以及坐标表M²被按照存贮器更新算法顺序地更新，将在以下描述。

图10示出了本发明的一种实施方案的方法，通过发送包括由m序列组，如图3中所示的组36组成的同步序列的控制信号，使用户终端同步。如方框162所指出的，在进入本方法以后，开始初始化，如方框164所示，设

j和K。而且，将位计数器(BC)，区计数器(RC)，和误差计数器(EC)复位。

然后，如方框166所示，取得一个新样本r_n，算出一个新观测的量R_n，和一个新相关值C_n。接着，如决策方框168所指示的，确定是否位计数器的值是21，250，相应于在一个子多重帧中位的总数。如果不是，取“否”分支到方框172，M¹和M²的行按照以下规则更新：

1.如果对于某个窗的大小δ_T，

$C_n>M_{\mathrm{1,1}}^1$ 和 $|n-M_{\mathrm{1,1}}^2|\≤{\mathrm{\δ}}_T$

则 $M_{\mathrm{1,1}}^1=C_n$ 和 $M_{\mathrm{1,1}}^2=n.$

2.如果 $C_n>M_{1,1}^1$ 和 $|n-M_{\mathrm{1,1}}^2|>{\mathrm{\δ}}_T,$

则 $M_{\mathrm{1,1}}^1=C_n,$ $M_{\mathrm{1,1}}^2=n$

和对于k＝2…，K.

有 $M_{\mathrm{1,1}}^1=M_{1,k-1}^1$ 和 $M_{1,k}^2=M_{1,k-1}^2,$

3.如果 $M_{1,j}^1<C_n<M_{1,j-1}^1$ 和 $|n-M_{1,j-1}^2|\&le;{\mathrm{\&delta;}}_T,$

则不更新(对于j＝2…，K).

4.如果 $M_{1,j}^1<C_n<M_{1,j-1}^1,$ $|n-M_{1,j-1}^2|>{\mathrm{\&delta;}}_T,$ 以及

$|n-M_{1,j}^2|\&le;{\mathrm{\&delta;}}_T,$ 则 $M_{1,j}^1=C_n,$ $M_{1,j}^2=n$ (对于j＝2…，K).

5.如果 $M_{1,j}^1<C_n<M_{1,j-1}^1,$ $|n-M_{1.j-1}^2|>{\mathrm{\&delta;}}_{T^{\&prime;}},$ 以及

$|n-M_{1,j}^2|>{\mathrm{\&delta;}}_T,$ $M_{1,j}^1=C_n,$ $M_{1,j}^2=n$ 和

$M_{1,k}^1=M_{1,k-1}^1,$ $M_{1,k}^2=M_{2,k-1}^1,$ 对于k＝j-2，…，K.

6.如果 $C_n<M_{1,K}^1,$ 则不更新。

m-序列方法：

1.求max{C_n}，在滑动窗内的最大相关。

2.如果 ${\max C}_n>M_{\mathrm{1,1}}^1,$ 则 $M_{\mathrm{1,1}}^1={\max C}_n,$ $M_{\mathrm{1,1}}^2=\arg \max C_n,$

对于k＝2…，K.有 $M_{1,k}^2=M_{1,k-1}^2,$

3.如果 $M_{1,j}^1<{\max C}_n<M_{1,j-1}^1,$ 则 $M_{1,j}^1={\max C}_n,$ $M_{1,j}^2={\arg \max C}_n,$

对于k＝j-2…，K.有 $M_{1,k}^1=M_{1,k-1}^1,$ $M_{1,k}^2=M_{2,k-1}^1,$

4.如果 ${\max C}_n<M_{1,k}^1,$

则不更新。

然后，位计数器如方框174所示被增量。在一种同步序列是由点序列组成的实施方案中，位计数器增量是一位，在一种同步序列是由m-序列组成的实施方案中，位计数器的增量是m-序列的长度，在此是63位。

方框166的操作对于所有的六个子多重帧62是重复的。在每次重复中，使用不同行的存贮器。如果从决策方框168取“是”支路，则如方框176所示，区计数器被增量，位计数器被复位。然后，如决策方框178所示，确定是否区计数器的值是6。如果不是，则取“否”支路返回到方框172，由此实现方框166的计算的六次重复。

如果从决策方框178取“是”支路，执行处理量值和坐标表。这样的处理是由上面提到的假定过程实现的。也就是说，每个M²的元素，M_i，j ²，将假设为第K个同步序列脉冲群的后沿，决策统计值H_i，j ^K将以这种假设为基础来计算。设S_i，j，用位数来表示，是在一个多重帧的第i个粗略同步序列脉冲群与第j个后继的粗略同步序列脉冲群之间的间隔，那么，

$s_{i,j}=\left[\begin{array}{ccc}25000& 52500& 75000\\ 27500& 50000& 102500\\ 22500& 75000& 100000\\ 52500& 77500& 105000\end{array}\right]$

决策统计值H_i，j ^K可由下式算出：

$H_{i,j}^k=M_{i,j}^1+\underset{m=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{6}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{l=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}I\left(\right|M_{k,j}^2+s_{k,m}-M_{n,l}^2|\&le;{\mathrm{\&delta;}}_T)M_{n,l}^1$

其中I(X)是指示函数，当X是真时为1，当X是假时为0。在上式中的I(·)的自变量指明，是否M_n，l ²是与期望的粗略同步序列脉冲群的位置相邻。如果是真，相关值M_n，l ¹被相加。

如果H_i，j ^K是最大的决策统计值，第一粗略同步序列脉冲群，例如，图2和3中所示的点序列或m-序列的位置被估值为M_i，j ²+I(K≠1)S_k，5-k。

然后，如方框186所示，m-序列脉冲群被定位，而精细同步样本被捕获，如方框188所示。

接着，如方框192所示，精细同步被实现。在一种实施方案中，对于精细同步的目的而言，采用一种分离的m-序列的方法要优先于采用点序列方法，因为图3中所示的组36的扩展44和46建立了一种具有良好的自相关性质的完全的脉冲群长度的序列，便于精细同步的过程。在精细同步过程以后，如方框194所示，下一个高功率播放的消息被解码，由决策框196执行CRC检验，如果CRC检码通过，取“通过”支路，同步完成，如方框198所示。否则，“失效”支路被采取，连通到方框202，误差计数器被增量，在决策方框204作出决定，是否误差计数器已达到了一个所选的值，在此是5，如果不是，取“否”支路返回到方框194；否则，取“是”支路返回到方框164。

粗略同步过程需要接收信号相干地迭加。因此，频率误差必须被解决到一定的程度以得到适当的粗略同步性能。如果一个用户终端的本地振荡器具有+/-2.5ppm的偏s置。在1.6GHz上的可能频率误差是±4KHz。因此，我们可以把±4KHz分成L个频率单元，每个8000/L Hz宽，如前面的子节中所描述的，共有L次并行运算。

这样一种并行运算对于点序列的实施方案示于图11中。在图11中，为了补偿频率偏置，接收到的样本r_n在送到相关器以前先被去旋转。另外，为了减少点序列方法所需要的存贮器的数量，不存贮去旋转的采样值，而存贮平面的采样值，r_n。然而，为了从C_n得到C_n+1，去旋转的r_n-N-1必须从C_n中减去。因此，为了为L个频率单元提供L个点序列相关器，需要总共2L个复数乘法器。

如图11中所示，符号位r_n被加到移位寄存器268，并送到许多，在此是L个不同的混合器272。混合器272相应于在图7中已示出的混合元件96和98。移位寄存器268的输出被加到相应的许多混合器274。每个混合器272和274的第二输入是不同频率f₁和f₂的信号。由每个混合器272和274产生的混合信号被加到相关器284，在此由图7中已示出的相关器84和功率检测器92的电路组成。相关器284每个再连接到存贮器设备286。

每个相关器执行以上关于图7所描述的相关计算。存贮器设备存贮用于执行这种计算的C_n值。由于不同频率信号加到混合器272和274，由相关器中一个相关器执行的相关将表现出相对于其它的相关器有增长的相关水平，由此最好地补偿频率偏置。

图12示出了本发明的一种实施方案，当同步序列是由m-序列组成，如以上图3中所示的组36时，用来校正频率误差。在此，符号位r_n被加到许多，在此是L个，混合器372的输入，混合器372相应于已示于图7中的混合元件96和98。每个混合器372的第二输入是不同频率f₁到f_L的信号。由每个混合器372产生的混合信号被加到相关器384，在此是由已示于图7中的相关器84和功率检测器92的电路组成。

在此所示的每个相关器包括一个移位寄存器386，有63个样本被在其中移位。一旦样本被移入移位寄存器，被执行63次m-序列相关计算，如方框388所示。一旦63个相关已被算出，如方框392所示，最大相关值及其有关的时间指示就被确定。由于不同的频率信号被加到相关器384，其中一个相关器执行的相关将表现出相对于其它的相关器有增长的相关水平，由此最好地补偿了频率偏置。

由于用户终端通过减少计算数量的相关过程检测出同步序列，因而用户终端的同步被很快地实现了。同步序列也是高容差的，即使序列在遭受高衰减或多径畸变的通信通道上发送，接收机也能检测它们。因此，在蜂窝通信系统中，或者是陆地蜂窝通信系统，或者是卫星-蜂窝通信系统，使用本同步方法与设备是特别有优越性的。

前面的描述是实现本发明的最佳实施例，本发明的范围不应该限于此描述。本发明的范围由以下的权利要求所规定。

Claims (19)

1.一种使接收机(24)与发射机(18)同步的方法，接收机与发射机通过通信信道连接在一起，所述方法包括以下步骤：

根据选择的格式形成控制信号；

将一些同步序列包括在该控制信号中，每个同步序列由第一同步部分和串联在其上的基本相同的第二同步部分组成；

在通信信道上从发射机发射该控制信号；

在接收机上检测在所述发射步骤期间发射的控制信号；

将在接收机上检测的该控制信号部分进行相关；

在接收机上选择在所述的计算步骤期间表现出增加的相关水平的控制信号的部分，该表现出该增加的相关水平的控制信号的部分就是该控制信号的同步序列，从而通过该控制信号将接收机与发射机同步。

2.根据权利要求1的方法，其中在所述的发送步骤期间发送的控制信号包括符号位的帧(58)，每帧分成固定时间长度的时隙，以及规定多重帧(56)的帧组。

3.根据权利要求2的方法，其中组成控制信号的部分的同步序列是作为所选的帧的部分被发送的，同步序列组成帧的所选部分是按照控制信号被格式化的所选格式，互相隔开不同数量的帧。

4.根据权利要求3的方法，其中所述的选择步骤还包括确定组成控制信号的部分并表现出增加相关水平的同步序列的帧的位置。

5.根据权利要求4的方法还包括存贮相关值和所选的控制信号的部分的位置坐标的步骤。

6.根据权利要求5的方法，其中在所述的存储步骤期间存贮的所选部分的相关值包括具有所选的时间周期内最大值的相关。

7.根据权利要求6的方法，其中所选的时间周期规定时间窗，其中在所述的存贮步骤期间在任何一个时间窗内，存贮不多于1个的相关值及位置坐标。

8.根据权利要求6的方法，其中所述的选出的时间周期相应于多重帧的分数的子多重帧的部分(62)，子多重帧部分的帧长度以及分开同步序列的帧的不同数量，使得在每个子多重帧部分期间无多于1个同步序列被发送。

9.根据权利要求8的方法，其中第一数量的同步序列在每个多重帧期间被发送，每个多重帧由第二数量的子多重帧部分组成，第二数量大于第一数量。

10.根据权利要求1的方法，其中在所述的发送步骤期间发送的组成控制信号部分的同步序列包括点序列(26)，其中第一同步部分和第二同步部分包括基本上相同位长度的点序列部分(28，32)。

11.根据权利要求10的方法，其中所述的计算步骤包括对在所述的检测步骤期间检测到的控制信号的重迭部分进行相关。

12.根据权利要求10的方法，其中所述的计算步骤包括确定相继的位符号的信号值与以前已确定的相关值的差。

13.根据权利要求1的方法，其中在所述的发送步骤期间发送的组成控制信号的部分的同步序列每个包括一组(36)两个m-序列(38，42)，其中第一同步部分和第二同步部分每个包括两个m-序列中的一个。

14.根据权利要求13的方法，其中所述的计算步骤包括对在所述的检测步骤期间检测到的控制信号的不重迭部分的相关。

15.根据权利要求13的方法，其中所述的计算步骤包括以下步骤：将在所述的检测步骤期间检测到的控制信号的所选的序列部分缓存；将相应于m-序列组中一个m-序列的值的接收机已存序列存贮；将在所述的缓存步骤期间缓存的所选的序列部分与接收机已存序列相关。

16.根据权利要求15的方法还包括存贮所选数量的在所述的缓存步骤期间缓存的所选的序列部分的相关值的最大值，和位置坐标。

17.根据权利要求16的方法包括进一步用一个相关值来替代在存贮步骤期间存贮的相关值的步骤，该相关值在所述的缓存步骤期间缓存所选的序列部分时表现出比在所述的存贮相关值步骤期间存贮的所选数量的最大值的相关值中至少一个有较大的相关值。

18.一种在一个通信系统中使第一通信站(18)与第二通信站(24)同步的电路，第一和第二通信站分别通过通信通道连接在一起，所述的电路有：

位于第一通信站的控制信号发生器(72，74，76，78)，所述的控制信号发生器用于产生并在通信通道上发送控制信号，控制信号按照所述的格式被格式化并包括同步序列(26，36)，每个同步序列由级联的和基本相同的第一同步部分(28，48)与第二同步部分(32，52)组成；

位于第二通信站的控制信号检测器(82)，所述的控制信号检测器用于检测由所述的控制信号发生器产生并发送的控制信号，所述的电路其特征在于：

连接到所述的控制信号检测器的相关器(84)，所述的相关器用于计算在预选的同步序列和由所述的控制信号检测器检测到的许多控制信号的部分中每一个之间的相关水平；和

连接到所述的相关器的选择器，所述的选择器用于选择表现出增长的相关水平的控制信号的部分，表现出增长的相关水平的控制信号的部分就是被格式化组成控制信号部分的同步序列，所述的选择器用于使第二通信站与第一通信站同步。

19.一种可与发射机(18)同步的接收机(24)，具有一个控制信号检测器(82)，用于检测传送的控制信号，控制信号由发射机发送，控制信号按照一种所选的格式被格式化并包括同步序列(26，36)，每个同步序列由级联的，基本相同的第一同步部分(28，48)与第二同步部分(32，52)组成，所述的接收机的特征在于：

一个连接到所述的控制信号检测器的相关器(84)，所述的相关器用于计算在预选的同步序列和由所述的控制信号检测器检测到的许多控制信号部分中每一个之间的相关水平；和

一个连接到所述的相关器的选择器(88)，所述的选择器用于选择表现出增长的相关水平的控制信号的部分，表现出增长的相关水平的控制信号的部分就是被格式化组成控制信号的同步序列，所述的选择器用于使接收机站与发射机同步。

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