CN1186892C - 采用正交波形使多个发射机能够共享单个cdm信道 - Google Patents

Abstract

一种用正交波形使多个发射机(400)能够共享一个码分多路复用(CDM)或码分多址(CDMA)信道的系统和方法。产生一组正交信道化码W_i(t)，并以预定的方式使每一发射机分配有正交信道化码和伪噪声多项式。发射机用正交信道化码W_i(t)使每一用户信号信道化，并用一伪噪声(PN)扩展码使每一用户信道扩展。每一发射机采用相同的PN扩展码和时间偏移。另外在共享CDM信道的时间周期上，没有将一个正交信道化码分配到一个以上的发射机的情况。在发射前，扩展信号在每一发射机(404)处加和，作为一混合信号。偏移经时间预校正(406，510)，以确保在接收机处的时间对齐。信号的频率经预校正(408，512)，以确保在接收机处的频率对齐。

Description

采用正交波形使多个发射机能够共享单个CDM信道

                               背景技术

I.发明领域

本发明总的涉及扩展谱通信系统，尤其涉及使多个发射极能够共享码分多路复用(CDM)或码分多址(CDMA)信道，作为这样的系统中的共享源。

II.相关技术的描述

在码分多路复用(CDM)系统中，用于一个或多个接收方的信号是用单频带或CDM信道通过恰当分配信道处理码来产生编码信道而从单一地点发射的。例如，这样的系统包括寻呼系统、消息或信息传播系统以及其中的信息是转发到各个目标接收方的定位或位置确定系统。某些CDM系统(如扩展谱码分多址(CDMA)通信系统)通过将正交信道处理码(如沃尔什码或具有低相关性的扩展码)分配到每一系统用户来获得编码信道。

在大量的系统用户之间转发信息已经有了各种多址通信系统和技术。然而，扩展谱调制技术(例如用在CDMA通信系统中的调制技术)与其他的调制方案相比具有明显的优越性，特别是当为大量通信系统用户提供服务的时候。这些技术参见标题为“Spread Spectrum Multiple Access Communication System UsingSatelliete Or Terrestrial Repeaters”、授权日为1990年2月13日的美国专利4,901,307，以及标题为“Method And Apparatus For Using Full SpectrumTransmitted Power In A Spread Spectrum Communication System For TrackingIndividual Recipient Phase Time And Energy”的美国专利申请08/368,570，二者均已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。

上述专利揭示的多址通信系统中，大量的普通移动系统用户或远端系统用户均采用至少一个收发机来与其他的系统用户或与其他所连接的系统用户(如公共电话交换网)进行通信。收发机通过汇接局和卫星或地面基站(有时也称为小区站或小区)进行通信。

基站覆盖小区，而卫星在地球表面上具有脚印。在任何一种系统中，可以通过对所覆盖的地理区域进行分区或再分割来实现容量增益(capacity gain)。在基站处采用方向天线可以将小区划分成“扇区”。与此类似，采用波束形成天线系统可以将卫星的脚印在地理上划分成“波束”。这些再划分覆盖区的技术可以被看成是用相对的天线方向性或空间划分多路复用来产生隔离。另外，如果存在有效带宽，每一种再划分，或者是扇区或者是波束，都可以是通过采用频分多路复用(FDM)分配多个CDMA信道。在卫星系统中，每一CDMA信道称为“子波束”，这是因为每个波束可以具有几个这样的信道。

在典型的扩展谱通信系统中，一个或多个预选伪噪声(PN)码序列在将用户信息信号调制到载波信号上用作通信信号的传输之前用来在预定的谱带上调制或“扩展”用户信息。PN扩展作为在本领域中所熟知的扩展谱传输方法，产生比数据信号宽得多的带宽的用作传输的信号。在基站对用户或汇接局对用户的通信链路中，PN扩展码或二进制序列用来在不同基站或不同波束发射的信号之间以及在多径信号之间进行鉴别。这些编码通常由给定小区或子波束内的所有通信信号所共享。

在一典型的CDMA扩展谱通信系统中，信道处理码用来在小区内的不同用户之间或在前向链路上(即从基站或汇接局到用户收发机的信号路径)的卫星子波束内发射的用户信号之间进行鉴别。即，采用独特的‘信道处理’正交码，每一用户收发信机在前向链路上具有其自身的正交信道。沃尔什函数通常用来对编码的信道处理，前向链路的典型编码长度对于地面系统是64个子码的数量级，而对卫星系统是128个子码。

通常，CDMA卫星系统实施将系统源分配到众多汇接局。最简单的分配方案是在整个CDMA信道或子波束的分辨率下划分资源。系统将一个个卫星的整个子波束针对指定的时间区间分配到各个汇接局。然而，当存在比现有子波束多的汇接局时，整个CDMA信道的分配在使用系统资源时或潜在地变得无效。在这种情况下，可以证明在汇接局之间共享子波束是有用的。这提高了用于分配的系统资源的分辨率。

所以，要求多个汇接局共享一个CDMA信道或子波束作为共享资源。然而，按照传统的理解，CDMA或CDM信道由多个发射机共享会在接收机处产生信号干扰。对于本领域的技术人员十分清除的是，上面的讨论也适用于采用基站而不是采用汇接局并且采用几种类型的消息或信息传播系统的地面(例如蜂窝)通信系统。

所以，需要的是一种使多个发射机(例如汇接局、基站)能够共享单个CDM信道而不会产生干扰的方法。

                             发明概述

本发明是一种采用正交波形使多个发射机能够共享单个的CDM或CDMA信道的系统和方法。申请人发现，与传统的观点相反，按照本发明，当发射机运行的某些方面受制约时，采用正交波形，单个发射机可以共享单个的CDM信道。再有，按照传统的观点，控制来自多个发射机的载波相位从而在一个移动接收机或几个移动接收机中的每一个处对齐是不切实际的。申请人发现，当采用本发明的方法时，在感兴趣的时间区间内无需控制或调整某些操作参数(如相对载波相位)。通过使某些发射机的运行特征受到控制，本发明使得多个发射机对CDM信道的共享变得很实际和有用。

按照本发明的较佳实施例，共享CDMA信道的每一发射机分配得到一部分用来使用户信息信号信道化的预定沃尔什码组。另外，所有的共享发射机采用相同的伪随机(PN)扩展码和偏置使信道化的用户信号扩展。当观察到下述发射机操作制约时，发射机可以共享一个单频带(CDM或CDMA信道)而元互干扰：每一发射机采用相同的PN扩展码或正交PN码序列对和时间偏移；对时间偏移进行预校正，以确保在接收机处的时间对齐；对信号频率进行预校正，以确保在接收机处的频率对齐；并且每次是不会同时将一个正交信道处理码分配到一个以上的发射机的。

本发明较佳实施例的一个目的是允许多个发射机共享一个CDMA信道而不产生互干扰。

本发明同样也允许多个发射机共享一个CDM信道而不产生互干扰。

本发明的一个优点是它提高了特定通信信号和系统的信噪比。

本发明的另一个优点是改进了信号的时间和相位跟踪。

本发明的再一个优点是改进了频率跟踪。

本发明又一个优点是使得捕获期间具有更好的信号频率牵引(signal pull-in)。

本发明的另一个目的是使得可以采用用于频率跟踪的多个导频信号。因为按照本发明的共享CDMA信道的每一个发射机提供一个导频信号，在接收机处具有用于频率跟踪的多个导频信号。用多个导频信号来进行频率估算的一个优点是该技术可以进行更快的频率牵引。该技术的另一个优点是可以在更低的信噪比下进行频率跟踪。该技术的又一个优点是在衰落信道中具有更好的整体解调性能；当一个导频信号衰落时，其功率可以由来自其他发射机的导频信号的功率来补充而保持载波锁定。该技术的进一步的优点是使得可以采用更低功率的导频信号。

本发明的进一步的特征和优点以及本发明的各种实施例的结构和操作在参照附图进行了下述详细描述以后将变得更加清楚起来。

                           附图简述

参照附图将能最好地理解本发明，图中，相同的编号表示相同或功能相似的元件。另外，标号最左面的数字指得是该标号在附图中首次出现的图。

图1描述的是典型的多址通信系统；

图2a描述的是描绘传统设计的信号调制器的电路方框图；

图2b描述的是另一种传统设计的信号调制器的电路方框图；

图3描述的是传统设计的QPSK扩展器的电路方框图；

图4描述的是本发明一个较佳实施例的电路方框图；

图5描述的是本发明较佳实施例的运行的流程图；

图6描述的是采用多个导频信号来获得接收的QPSK信号的载波频率的估算的自动频率控制环路的电路方框图；以及

图7描述的是图6所示自动频率控制环路的运行的流程图。

                     较佳实施例的详细描述

I.引言

本发明是使多个发射机共享单个CDM信道或单个公共宽带信号源的系统和方法。下面讨论较佳实施例。然而，首先讨论理解本发明所必须的几个方面。

讨论特定的步骤、结构和排列时，应当理解，这样的讨论仅为说明的目的。相关技术领域的技术人员将会理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以采用其他的步骤、结构和安排方式。

如上所述，一典型的CDMA无线通信系统采用扩展谱CDMA技术时，采用了至少一个用于信号传输的频率带；每一频带即为所知的CDMA信道。不同的CDMA信道用来将不同的通信信号转发到不同的用户组。CDMA信道还可以被再分配到其他系统，供在各种联邦通信委员会(FCC)规划下再使用或由其他业务使用的中间带隔开。根据所选择的通信系统，可以部分地或全部地使用于不同CDMA信道的地理覆盖区重叠。出于容量、卫星覆盖区或位置、信号强度、干扰等的目的，用户可以在CDMA信道间切换。

在CDMA通信系统中，从一个站进行发射的多个用户通过恰当分配到每一正交信道处理码(如沃尔什码)可以共享一个频带(CDMA信道)。在一典型的CDMA系统中，将已有的频谱划分成几个频带，每一频带代表一个CDMA信道。接着，通过将信道处理码施加到要发射的信号，将每一CDMA信道语法分析(parse)成几个编码信道。每一编码信道是一个单独的通信信道，能够携带话音、数据等。在本发明的较佳实施例中，CDMA信道内的每一编码信道是通过采用从一组沃尔什码中选择出来的不同的沃尔什码对一数据信号进行调制来产生的。一典型的编码组见IS-95系统技术规范，标题是“Mobile Station-Base Station CompatibilityStandard For Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System”，在此引述供参考。合成的通信信号是相互正交的。

II.沃尔什码的产生

一种类型的正交信道处理码是沃尔什码，本发明的较佳实施例中就采用这种编码。沃尔什码的产生和使用的讨论见标题为“System And Method ForGenerating Signal Waveforms In A CDMA Cellular Telephone System：的美国专利5,103,459。该专利已转让给本发明的受让人，其内容在此引述供参考。为读者方便起见，下面提供一简短的描述。

在本领域中众所周知的是，可以构筑一组n个正交二进制序列，每一序列的长度为n，n为2的幂。事实上，对于最大长度是4的倍数并且小于200的长度的正交二进制序列也是人们所熟知的。一种用于正交信道处理码并且是相当容易产生的正交二进制序列称为沃尔什函数。沃尔什函数是从沃尔什函数矩阵产生的，称为Hadamard矩阵。一n阶Hadamard矩阵可以递归定义为：

$H_n=\left[\begin{array}{cc}{H}_{n/2}& H_{n/2}\\ H_{n/2}& \stackrel{\‾}{H_{n/2}}\end{array}\right]----\left(1\right)$

这里，H表示H的加法逆，并且在实数域上H₁＝1(即， $\stackrel{\‾}{H_1}=-1$ )。

所以，阶数为2和4的开头两个Hadamard矩阵可以表述为：

$H_2=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right]----\left(2\right)$

$H_4=\left[\begin{array}{cc}{H}_2& H_2\\ H_2& \stackrel{\‾}{H_2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& -1& 1& -1\\ 1& 1& -1& -1\\ 1& -1& -1& 1\end{array}\right]----\left(3\right)$

于是，沃尔什函数W_n简单地就是沃尔什函数矩阵(Hadamard矩阵)的一行，阶数为‘n’的沃尔什函数矩阵是含有n个函数或序列的平方矩阵，每一序列的长度为n个子码。

阶数为n的沃尔什函数(以及所有其他的正交函数)具有这样的性能，即，如果序列在时间上是相互对齐的话，则在n个码元的间隔之上，组内所有不同序列之间的交叉相关为零。注意到每一序列准确地说有一半的位与其他的序列是不同的就可以看到这一点。还应当注意到，总有一个序列包含全“1”(实数)，而所有其他的序列一半为“1”，一半为“-1”。

沃尔什码的上述特性使得它们在CDMA通信系统中是有用的。正如在下文中将要描述的那样，当用来自相同组的两个不同沃尔什序列来调制两个用户信号时，合成信号不会相互干扰。

III.无线信息系统

正如上面讨论的那样，本发明可以应用于各种无线信息和通信系统。这样的系统包括通常用作寻呼或位置判断的信息传播系统。其他的系统包括无线通信系统，如卫星和地面蜂窝电话系统。一种较佳应用是用作移动电话设施或便携式电话设施的CDMA扩展谱通信系统。

采用本发明的典型的无线通信系统示于图1中。图1中示出的通信系统110部分采用两个基站112和114、一个卫星116和两个相关的汇接局或枢纽站(hub)120和122。通信系统的这些部件示出的是与两个用户单元124和126建立通信。通常，基站和卫星/汇接局是基于地面或卫星的的单独通信系统的部件，但并非一定必要。

用户单元124和126均有或包含一个无线通信装置，例如(但是是非限定的)，蜂窝电话、数据收发机或寻呼或位置判定接收机，并且根据需要可以是手持或安装在车辆上的。这里，用户单元被描述成是手持电话。然而，应当理解，本发明的原理适用于需要远端无线装置的固定装置，包含在某一区域‘内部’以及‘开放空间’的。

通常，在不同频率下来自卫星116的多个波束(也称为CDMA信道或‘子波束’)可以传播覆盖相同的区域。本领域的技术人员还应当理解的是，根据所提供的通信系统设计和服务的类型以及是否实现了空间分集，多个卫星的波束覆盖区域或服务区域或者多个基站的天线图形可以被设计成在给定的区域中完全或部分重叠。

至今已经提出各种多卫星通信系统，例如采用低地球轨道(LEO)的轨道平面用于服务大量用户单元的多卫星通信系统。本领域的技术人员将会理解本发明的原理是如何应用于各种卫星系统和汇接局结构(包括其他轨道距离和星座)。同样，本发明也适用于各种基站结构的基于地面的系统。

对于用户单元124和126之间和基站112与114之间或通过具有汇接局120和122的卫星116而发生的通信，图1中示出了一些可能的信号路径。基站-用户单元通信链路用直线130、132、134和136给出。汇接局120和122与卫星116之间的汇接局-卫星通信链路分别用直线140和142表示。卫星116和用户单元124和126之间的卫星-用户单元通信链路分别用直线144和146表示。

如上所述，汇接局120和122以及基站112和114可以用作单向或双向通信系统部分，或简单地将消息或数据转发到用户单元124和126。不管是在哪一种情况下，汇接局120和122或基站112和114可能想要共享相同的CDM或CDMA信道。在基站112和114相互靠近或者汇接局120和122目前具有对资源的非寻常要求或者具有公共用户组的消息的情况下尤其是这样。

IV.扩展和覆盖

在信息信号转发到系统用户之前，它们首先必须被数字化，并根据想要被编码或交错，以产生基本数字通信信号。这些操作采用在本领域中所熟知的技术。寻址到特定用户的信号还用不同的正交函数或分配到该用户的前向链路的编码扩展序列来调制。即，唯一的覆盖正交码(通常为沃尔什码)用来区别小区或波束内的不同使用者或用户。给定载波频率的前向链路上的这一编码产生也称为信道的用户信号。这样的正交函数有时称为信道处理码。

实施数据信号的覆盖和扩展的典型发射机电路的方框图如图2a和2b所示。图2a中的发射调制器200采用一第一乘法器202、一第二乘法器204、一正交码或正交函数发生器206，以及一PN发生器208。另外，正如在下文中将描述的那样，调制器200可以采用一乘法器210。发射调制器200接收数据或先前经编码的数据码元，并用一分配的正交码序列、沃尔什码对它们进行正交编码或覆盖，并接着使经覆盖的数据在发射前扩展。

参见图2a，信息信号S(t)通过用沃尔什函数W(t)相乘而被信道处理(channelize)。用本领域中所熟知的装置，正交函数或沃尔什码发生器206产生使信号被信道处理所要求的正交覆盖码。来自发生器206的编码W_i(t)被通常是一乘法器的逻辑元件202中的码元数据乘或与之组合。在本典型实施例中，尽管也可以采用其他所熟知的速率，但正交函数通常被时钟锁定在1.2288Mhz的速率下。

乘法器202输出的经正交覆盖的数据信号S(t)W(t)被输入到用一PN扩展码乘以该信号的逻辑元件或乘法器204。合成PN扩展和正交编码输出信号通常经带通滤波，转发到恰当的功率控制和放大电路，并调制到射频(RF)载波上。另外，PN扩展和正交信道处理码可以在它们与数据组合之前相乘或组合。这描述在图2b中，图中，发射调制器201将正交码发生器206和PN发生器208的输出转发到乘法器210。乘法器210产生一经组合的编码，该经组合的编码再用乘法器204与数据信号S(t)W(t)组合。

合成信号在与其他的前向链路信号加和和用天线辐射之前进一步被放大和滤波。该滤波、放大以及调制操作在本领域中是人们所熟知的。正如人们所知道的那样，另一种实施例中可以交换形成发射信号的这些操作中的某些顺序。这种类型的发射装置的运行的其他细节见上述美国专利5,103,459。

PN发生器208产生用在该过程中的一个或更多个不同的PN扩展码。该发生器在采用合适的接口元件的几个发射机之间可以是时间共享的。用于这些序列的典型发生电路将标题为“Power Of Two Length Pseudo-Noise Sequence GeneratorWith Fast Offset Adjustments”、授权日为1993年7月13日的美国专利5,228,054，该专利已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。另外，PN码可以被预存储在如ROM或RAM电路的存储元件中。根据要求，PN发生器208可以根据需要输出一实数值或复数值序列。在某些应用中，这些PN扩展码可以是相差90°的相同编码。

每一PN序列由在比被扩展的基带通信信号高得多的频率下在一预选PN码周期上发生的一系列‘子码’组成。典型的子码速率是1.2288MHz左右，PN码序列长度或周期为1024子码。然而，可以调整该编码长度，以增大编码间隔，或降低搜寻时间，这是本领域中的技术人员所清楚的。每一系统设计按照本领域中所理解的因素指定通信系统中PN扩展码的分布。

熟知的时钟源用来提供定时信息，并且时间偏移或偏移值通常是由一个或多个控制处理器提供的，以影响这些运行的时序。

V.QPSK扩展器

下文中描述的本发明的较佳实施例采用传统设计的正交相移键控(QPSK)扩展器。在阅读了下文中的讨论以后，相关领域中的技术人员将会理解本发明中是如何采用其他扩展方案的。QPSK扩展器的方框图示于图3中。QPSK扩展器300包含第一和第二同相乘法器302和304，第1和第2正交乘法器306和308以及加法元件或加法器314。两个PN发生器316和318用来分别提供同相扩展码和正交扩展码PN_I和PN_Q，这与上文中描述的PN发生器208是一样的。

现在参阅图3，信息信号S(t)已通过与沃尔什函数W(t)相乘而信道化，产生信道化的信息信号S(t)W(t)。信道化的信息信号S(t)W(t)被施加到乘法器302和306的每一个的输入端。通常，相同的数据被输入到乘法器，并与各个编码组合或由各个编码调制。乘法器302由来自PN发生器216的同相PN码PN₁乘以输入信号S(t)W(t)。合成的信号接着由滤波器310滤波，滤波器310是一个传统设计的滤波器，通常用来提供脉冲波形形成，以包含发射信号的带宽。经滤波的信号接着施加到乘法器304，用同相载波信号cos(ωt)乘。与此类似，乘法器306用来自PN发生器218的正交PN码PN_Q乘以输入信号S(t)W(t)。合成信号接着用滤波器312滤波，并施加到乘法器308，由正交载波信号sin(ωt)乘。对相关领域的技术人员来说很明显的是，其他的波形也可以用作载波信号。合成的同相和正交分量接着由加法器314加和，产生QPSK扩展信号M(t)，与以前一样，在与其他的前向链路信号加和和由天线辐射之前，它可以进一步被放大和滤波。

IV.本发明的实施例

在本发明之前，人们认为通过共享一组正交信道处理码，多个发射机是不可以共享单个的CDM信道的。人们还认为，为了实现信道共享，发射信号的各个载波相位还必须在接收机处对齐。

不幸的是，在感兴趣的载频下，来自地理分布的站的多个发射机的载波相位的这种协调的预校正在技术上不认为是可行的。正如在下文中所描述的那样，申请人发现，与传统的观点相反，即使各个发射机载波相位在接收时是不对齐的，多个发射机也可以用正交信道处理码来共享单个的CDM信道。在某种情况下，不管载波相位如何，发射机的信号保持互相正交。

下面通过例子，可以非常好地说明载波相位不相关的原因。考虑在基站112和114中或汇接局120和122中有两个发射机，发射机X和发射机Y，每一个发射机分别产生具有相位‘x’和‘y’的载波波形。发射机X用沃尔什函数W_x(i)使数据信号S_x信道化，并地载波进行调制，以产生一发射信号T_x(i)，这里，i代表沃尔什序列中的子码数，本例中的I的值的范围是从0到127。发射机Y用沃尔什函数W_y(i)使数据信号S_y信道化，并对其载波进行调制，以产生发射信号T_y(i)。所以，发射信号可以表述为：

T_x(i)＝S_xW_x(i)^jφx                                   (4)

以及

T_y(i)＝S_yW_y(i)^jφy                                   (5)

二发射信号均由接收机X(124，126)接收，并用沃尔什函数W_x(i)去覆盖或去信道化。假设通过频率预校正，到达信号的信号相位中的任何相对差均大体为常量。即，当相位不同时，在正被使用的沃尔什函数周期上它们保持为相对恒定。因为沃尔什序列与相同的沃尔什序列之积是一单位序列，所以，信号T_x结果由下述关系式给出：

$\underset{i=0}{\overset{127}{\mathrm{\Σ}}}{T}_x\left(i\right)W_x\left(i\right)=\underset{i=0}{\overset{127}{\mathrm{\Σ}}}{S}_x{W}_x\left(i\right)W_x\left(i\right)e^{j{\mathrm{\φ}}_x}=S_x{e}^{j{\mathrm{\φ}}_x}\underset{i=0}{\overset{127}{\mathrm{\Σ}}}\left(1\right)=128S_x{e}^{J{\mathrm{\φ}}_x}----\left(6\right)$

这是所要求的数据信号。因为沃尔什序列与同一组的另一个沃尔什序列的乘积是零，信号T_y结果由下面的关系式给出：

$\underset{i=0}{\overset{127}{\mathrm{\Σ}}}{T}_y\left(i\right)W_x\left(i\right)=\underset{i=0}{\overset{127}{\mathrm{\Σ}}}{S}_y{W}_x\left(i\right)W_y\left(i\right)e^{\mathrm{j\φy}}=S_y{e}^{j{\mathrm{\φ}}_y}\underset{i=0}{\overset{127}{\mathrm{\Σ}}}{W}_x\left(i\right)W_y\left(i\right)=S_y{e}^{j{\mathrm{\φ}}_y}*\left(0\right)=0----\left(7\right)$

结果是无干扰。所以，当满足上述条件时，载波相位是不相关的，并且在沃尔什函数的短周期上频率对齐不会改变。

按照本发明的较佳实施例，每一发射机采用相同的正交PN扩展码或序列对和偏移。(一PN码偏移是PN码序列的参考时间和起始时间之间的预定延迟。)另外，没有一个正交信道化码在它们共享CDMA信道的时间内会被分配到一个以上的发射机。偏移经时间预校正，以确保在接收机处的时间对齐。信号的频率经预校正，以确保在接收机处的频率对齐。

图4中给出描述本发明的较佳实施例的电路方框图。图4给出本发明的简单应用，只有两个发射机(发射机400A和发射机400B)共享一个CDMA信道。按照一较佳实施例，在该共享发射机之间划分一预定的沃尔什码组。这在图4中示出，图中给出了分配到发射机400A的沃尔什码W₁(t)-W_n(t)，以及分配到发射400B的沃尔什码W_n+1(t)-W_w(t)，这里的w是该组中沃尔什码的总数。

本领域中的技术人员很清楚，沃尔什函数不必以严格的顺序来分配或编组，可以根据需要用其他的分配方式来分配。即，本发明不要求比方说是沃尔什函数1-16被分配到一个发射机，而沃尔什函数17-32被分配到另一个发射机，作为连续的‘块’或序列(1到n以及n+1到w)。例如，沃尔什函数1，3，5，...31可以被分配到一个发射机，而另一个接收沃尔什函数2，4，6，...32，供使用。该函数可以以小组或交替序列的方式或用其他已知的方式来分配。只要在相同的CDM信道上在相同的时刻各个发射机使用的不是共同的沃尔什函数，可以使用沃尔什函数的各种组合、混合或顺序。

对于一个较佳实施例，下表I中给出一例如何进行这样的分配的。在所描述的分配方案中，两个汇接局(标记为第一汇接局(GW)和第二汇接局(GW)在一CDMA扩展谱通信系统中共享相同的波束和频率。这里列出了特定的九个信道组的指定的函数，和它们的各个沃尔什函数分配。

                               表I

信道	第一GW	第二GW
			导频	0	1
同步化	32	33
			寻呼1	64	65
寻呼2	2	3
			寻呼3	66	67
寻呼4	4	5
			寻呼5	68	69
寻呼6	6	7
			寻呼7	70	71

在该规范中，较佳实施例被描述成具有两个发射机和一个接收机。相关技术领域中的技术人员很清楚，本发明的原理可以被扩展到多个发射机和多个接收机共享一个CDMA信道。另外，本领域的技术领域很清楚，接收机可以由中继器(通常是卫星发射机-应答器、地面中继器等)来代替，并且本发明的时间和频率校正可以由发射机或中继器来执行。例如，对于一组用户来说，时间和频率预校正通过共享卫星或中继器中的一个发射机-应答器以及将信号预校正到发射机-应答器进行的发射点来执行。

在该规范中，本发明是相对于信号传输来描述的。正如对相关技术领域中的技术人员很明显的是，本发明可以采用各种接收机。标题为“System and Methodfor Forming Signal Waveforms in a CDMA Cellular Telephone System”的美国专利5,103,459中揭示了一种典型的接收机，该专利已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。

另外，按照本发明，相同的PN多项式和偏移被分配到每一共享发射机。参阅图4，图中给出分配到发射机400A和发射机400B的PN序列PN_Q和PN_I的一个正交对。

参阅图4，发射机包含乘法器402A、402B；QPSK扩展器300；加法器404A、404B；时间预校正器406A、406B；频率预校正器408A、408B和天线410A、410B。

图5中给出了描述本发明较佳实施例的运行的流程图。下面参照图4和图5描述本发明的较佳实施例。

参照图5，在步骤502中，在必须共享单个CDMA信道的多个发射机处有几个用户信号。用户信号可以是话音、数据等。这些信号在图4中表示为在发射机400A处的S_A1-S_AX和在发射机400B处的S_B1-S_BY。在步骤504中，每一用户信号通过乘法器402A和402B与不同的沃尔什码序列乘。没有两个用户信号S_A1-S_AX和S_B1-S_BY是用相同的沃尔什码序列乘的。沃尔什码在图4中描述为分配到发射机400A和W₁(t)-W_n(t)，和分配到发射机400B的W_n+1(t)-W_w(t)。

接着，在步骤506，每一乘法器402A、402B的输出用相同的PN多项式和偏移对，由一个或多个QPSK扩展器300来QPSK扩展。QPSK扩展器300的运行的描述见上述部分III。接着，在步骤508中，在每一发射机处，分别由加法器404A和404B对合成的经沃尔什编码的QPSK扩展信号加和。在步骤510，混合信号分别由时间预校正器406A、406B作时间预校正，以确保从发射机发射的混合信号的PN偏移在要求接收的一个接收机或多个接收机处时间对齐。正如上文中所描述的那样，发射机400A、400B通常位于基站或汇接局处，并且至各个接收机/接收机-应答器的近似距离是已知的；所以可以容易地计算所要求的时间预校正。

在步骤512中，由频率预校正器408A、408B对经时间预校正的混合信号进行频率预校正，以确保从发射机发射的混合信号在一个接收机或多个接收机处频率对齐。在步骤514中，混合信号准备好通过天线410A、410B进行发射。

在阅读了上面的描述以后，相关领域的技术人员将会清楚地理解用其他的实施例是如何实现本发明的。

V.用多个导频信号进行频率估算

在CDMA接收机中，发射机的载波频率通常是用占据CDMA信道的单个发射机的导频信号例子估算的。通常要求使发射信号的功率最小。然而，在CDMA系统中频率跟踪的难度由于使用低功率的导频信号而加大。本发明的特点是它使得共享CDMA信道的多个发射机的多个导频信号可以估算发射机的载波频率。(正如上文中所指出的那样，共享CDMA信道的发射机的载波频率是对齐的。另外，因为共享发射机的载波相位不要求是对齐的，所以，每一发射机发射一单独的导频信号，使得能够进行相干解调。)

图6中示出了采用多个导频信号来获得所接收的QPSK信号的载波频率估算的自动频率控制环路600的电路方框图。图6中示出的电路包含天线602、循环器604、PN去扩展器606、沃尔什去多路复用器608、相干导频滤波器610(610A-610N)、频率误差信号发生器612(612A-612N)、加法器614、环路滤波器616和电压控制的振荡器(VCO)618。

图7中示出描述自动频率控制环路600的运行的流程图。下面参照图6和图7详细描述自动频率控制环路600的运行。

参照图7，在步骤702中，在天线602处接收包含从共享CDMA信道的多个发射机发射的信号的混合信号。在步骤704中，循环器604将接收的混合信号下转换成基带的信号。在步骤706中，基带信号用PN码在由PN去扩展器606在恰当时间偏移处去扩展。在步骤708中，经去扩展的基带信号由沃尔什去多路复用器608被去多路复用成单独的沃尔什信道A至N。在合成的沃尔什信道中有一个用于共享CDMA信道的每一个发射机的导频信道。在步骤710中，每一导频信道由相干导频滤波器610A-N滤波，这些滤波器还可以包括集中-转储功能(integrate-and-dump function)。

在步骤712中，每一误差信号发生器612A-N计算与每一导频信号的频率误差成正比的项。在一典型的或较佳实施例中，频率误差信号是通过对同相I信道和正交Q信道，在代表导频信号的当前取样和该导频信号的前一取样的矢量之间取叉积来计算的。对于当前导频取样I_k、Q_k和先前导频取样I_k-1、Q_k-1，合成频率误差由I_k-1Q_k-Q_k-1I_k给出。误差信号可以是正的，也可以是负的；一个为零的误差信号表示没有频率误差。

在步骤714，由加法元件或加法器614将所有导频信号的频率误差信号组合起来。在步骤716中，由环路滤波器616对混合误差信号滤波。在步骤718中，由VCO 618将经滤波的误差信号转换成相位估算。在步骤720中，将相位估算施加到循环器604，以调整接收的混合信号的相位。

VI.结论

在上文中描述了本发明的各种实施例以后，应当指出，这些实施例仅是举例而非限定性的。所以，本发明的保护宽度和范围不应当由上述实施例来限定，而应当仅按照下面的权利要求及其等效来限定。

Claims (28)

1.一种使多个发射机能够在具有多个发射机的CDM通信系统中共享单一CDM信道的方法，每一所述发射机具有发射数据信号的至少一个通信信道，其特征在于，所述方法包含下述步骤：

以预定的方式将预定的正交信道化码组分配到多个发射机；

用所述正交信道化码使所述数据信号中的每一个信道化，以产生一信道化的数据信号；

用至少一个PN码对所述信道化的数据信号进行扩展以产生一扩展用户信号；

在发射之前对所述扩展数据信号进行加和以产生一个混合信号；以及

在发射之前对所述混合信号进行预校正，从而在接收时，所述混合信号是频率对齐的。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述正交信道化码是沃尔什函数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，不存在同时将一个沃尔什函数分配到一个以上的发射机。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，一个PN扩展码被分配到多个发射机。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在发射之前对每一发射机的所述混合信号进行预校正，从而在接收时，所述混合信号的所述PN扩展码是时间对齐的。

6.如权利要求1所述的方法，所述CDM通信系统包含每一数据信号是一用户信号的无线扩展谱CDMA通信系统，并且所述信道化的所述步骤包含用所述正交信道化码来使所述用户信号中的每一个信道化以产生一信道化的用户信号。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包含下述步骤：

接收共享一个信道的至少两个用户信号作为组合信号；

相对于至少一个预定PN扩展码，对所述接收信号进行去扩展；

相对于预选的正交信道化码，将所述混合信号去多路复用成多个单独的数据信号；

相干滤出与所述单独信号对应的至少两个导频信号中的每一个；

从所述滤波导频信号的每一个中产生一误差信号；以及

对合成的误差信号加和。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，它还包含下述步骤：

在进行去多路复用前通过循环将接收的扩展谱信号下变换成基带频率；

对经加和的误差信号进行滤波；以及

响应于经滤波的加和误差信号调整所述下变换。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，产生误差信号的所述步骤包含在每一导频信号的当前取样和前一取样之间形成叉积。

10.一种具有多个发射机的CDM通信系统，每一发射机发射共享一个CDM信道的至少一个数据信号，其特征在于，每一发射机包含：

至少一个信号处理路径，所述信号处理路径载有所述数据信号中的一个；

乘法器装置，用于将每一数据信号与不同的正交信道化码组合的；

加法器，所述加法器与所述信号处理路径耦连，用于在发射前对在每一发射机处由所述信号处理路径产生的信号进行加和；

时间预校正器，所述时间预校正器与所述加法器耦连，用于将由所述加法器产生的信号进行预校正，从而在接收时多个发射机的发射信号的PN码在时间上对齐；以及

频率预校正器，所述频率预校正器与所述时间预校正器耦连，用于对所述时间预校正器产生的信号进行预校正，从而在接收时对齐多个发射机的发射信号的载波频率。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述正交信道化码是沃尔什函数。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，在一公共运行时间周期上，不存在将沃尔什函数分配到一个以上的发射机的情况。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述信号处理路径中的每一个还包含与所述乘法器装置耦连、用至少一个PN扩展码扩展由所述乘法器产生的信号的扩展器。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，一个PN码被分配到多个发射机。

15.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述扩展器是一QPSK扩展器，并且所述至少一个PN码包含一对正交PN扩展码。

16.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述CDM通信系统包含每一所述数据信号是一用户信号的无线扩展谱CDMA，其中，所述至少一个信号处理路径载有一个所述用户信号，并且所述乘法器装置使每一用户信号与不同的正交信道化码组合起来。

17.一种具有多个发射机的CDM通信系统，每一发射机发射至少一个共享单个CDM信道的数据信号，其特征在于，所述通信系统包含多个发射机，每一发射机包含：

以预定方式将一组正交信道化码分配到多个发射机的装置；

用所述正交信道化码中的一个使所述数据信号中的每一个信道化以产生一信道化的数据信号的装置；

用至少一个PN扩展码来扩展所述信道化的信号以产生一扩展信号的装置；

在发射前将所述扩展信号加和以产生一混合信号的装置；

在发射前对每一发射机的所述混合信号进行预校正从而在接收时所述混合信号的所述PN码是时间对齐的装置。

18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述正交信道化码是沃尔什函数。

19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，不存在同时将一个沃尔什函数分配到一个以上的发射机的情况。

20.如权利要求17所述的系统，其特征在于，一个PN码被分配到多个发射机。

21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，它还包含在发射前对每一发射机的所述混合信号进行预校正从而在接收时所述混合信号是频率对齐的装置。

22.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述通信系统是一CDMA扩展谱通信系统，并且所述数据信号是共享一个CDMA信道的用户信号，所述信道化的装置包含用所述正交信道化码中的一个使所述用户信号中的每一个信道化以产生一信道化的用户信号的装置。

23.如权利要求17上述的通信系统，其特征在于，它还包含：

接收至少两个共享单个信道的用户信号作为一组合信号的装置；

相对于至少一个预定PN扩展码使所述接收信号去扩展的装置；

相对于预选的正交信道化码使所述混合信号去多路复用成多个单独的数据信号的装置；

相干滤出与所述单独的数据信号对应的至少两个导频信号中的每一个的装置；

从所述导频信号中的每一个中产生一误差信号的装置；以及

对合成的误差信号进行加和的装置。

24.如权利要求23所述的通信系统，其特征在于，它还包含：

在去多路复用前，将接收的扩展谱信号下变换成基带频率的循环装置；

对已加和的合成误差信号进行滤波的装置；以及

响应于经滤波加和的误差信号来调整所述循环装置的运行的装置。

25.如权利要求23所述的通信系统，其特征在于，产生误差信号的所述装置包含在每一导频信号的当前取样及其先前取样之间形成叉积的装置。

26.一种自动控制具有多个共享单个CDM信道的多个发射机的CDM通信系统中的频率的方法，每一发射机具有发射数据信号的至少一个通信信道，其特征在于，所述方法包含下述步骤：

以预定的方式将预定的正交信道化码组分配到多个发射机；

用一个所述正交信道化码使所述数据信号中的每一个信道化，以产生一信道化的数据信号；

接收至少两个共享一个信道的用户信号，作为组合信号；

相对于至少一个预定的PN扩展码，去扩展所述接收信号；

相对于预选用户正交码，将所述混合信号去多路复用成多个单独的数据信号；

相干滤出与所述单独信号对应的至少两个导频信号中的每一个；

从所述滤波导频信号中的每一个产生一个误差信号；以及

对合成误差信号进行加和。

27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，它还包含下述步骤：

在去多路复用之前，通过循环将接收的扩展谱信号下变换成一基带频率；

对经加和的合成误差信号进行滤波；以及

响应于经滤波加和的误差信号调整所述下变换。

28.一种在具有多个共享单个CDM信道的多个发射机的CDM通信系统中进行自动频率控制的装置，每一发射机发射至少一个数据信号，其特征在于，所述装置包含：

以预定的方式将正交信道化码组分配到多个发射机的装置；

用所述正交信道化码中的一个使所述数据信号中的每一个信道化以产生一信道化的用户信号的装置；

接收至少两个共享一个信道的用户信号作为组合信号的装置；

相对于至少一个预定的PN扩展码去扩展所述接收信号的装置；

相对于预选正交信道化码将所述混合信号去多路复用成多个所述单独的数据信号的装置；

相干滤出与所述单独数据信号对应的至少两个导频信号中的每一个的装置；

从所述导频信号中的每一个产生一个误差信号的装置；以及

对合成误差信号进行加和的装置。

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