CN1275043A - 启动扩展频谱无线电话接收机的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种启动可操作在扩展频谱多址无线电话系统中的无线电话的方法。启动一搜索器接收机(114),该搜索器接收机(114)捕获一个导频信号的PN序列定时。在启动搜索器接收机(114)之后启动至少一个解调支路(122),和在搜索器接收机(114)已捕获PN序列定时之后使解调支路同步化于选定导频信号的PN序列定时。

Description

启动扩展频谱无线电话接收机的方法和装置
本发明涉及Storm等申请的名称为“在CDMA接收机中捕获导频信号的方法和装置”，序列号为08/807,075的共同未决美国专利申请。有关申请转让给本发明的受让人，并结合在此作为参考。
本发明一般涉及降低无线电话之类的便携式无线电中的功耗。更具体地讲，本发明涉及在扩展频谱多址无线电话系统中启动无线电话接收机的装置和方法。
在无线电话系统中，配置了便携式无线电话用于与一个或更多的远端基站进行无线通信。为了节省功耗和延长无线电话的电池使用时间，无线电话系统可以以时间片分割寻呼模式操作。在时间片分割寻呼模式操作期间，无线电话并不连续地监视寻呼信道。无线电话仅在预定的时间监视寻呼信道。在无线电话不监视寻呼信道的时间中，通过关断某些无线电话电路使无线电话在低功率模式中“睡眠”，从而降低了功耗。
时间片分割寻呼模式是便携式无线电话电池使用时间的关键。因此，时间片分割寻呼模式操作的目的是要把无线电的工作时间减到最低，和在睡眠期间尽可能多地关断无线电。
当在睡眠期间接收时，或更一般地讲，在启动无线电话接收机时，无线电话必须在无线电话系统中捕获一个通向一基站的射频(RF)链路。在无线接口规范中定义了链路捕获和同步化，以及通信协议之类的其它操作。这种规范的一个例子是电信工业协会/电子工业协会(TIA/EIA)临时标准IS-95，“双模宽带扩展频谱蜂窝系统的移动站-基站兼容性标准”(IS-95)。IS-95定义了一种直接序列码分多址(DS-CDMA或CDMA)无线电话系统。也有用于无线本地回路(WLL)无线电话系统的其它无线接口规范，并且提出了用于高级宽带扩展频谱无线电话系统(统称为第三代蜂窝电话系统)的新的无线接口规范。
无线电话捕获链接一基站的RF链路的处理中的一部分是无线电话发现一个基站发射的适当信号，然后与该发射信号同步化。无论CDMA系统是同步的(例如，所有基站同步化到一个共同的定时参考)还是相反是异步的(例如，所有基站没有同步化到一个共同定时参考)都需要同步化到该发射信号。
例如，在IS-95系统中，无线电话与基站的同步化包括无线电话产生本地伪随机噪声(PN)序列，和使PN序列与系统PN序列对准。这是通过捕获基站发射的导频信号完成的。因此，无线电话包含一个产生PN序列的序列发生器。无线电话使用一搜索器接收机或其它机构使本地产生的PN序列与基站发射的导频信号的PN序列对准。一旦捕获到导频信号，无线电话捕获一个同步信号和一个寻呼信号，然后无线电话可以正确地解调业务信道和建立链接基站的全双工链路。
在时间片分割寻呼模式中，无线电话周期性地检查来自基站的消息。无线电话必须每T秒解码一个或多个数据帧。例如，在IS-95 CDMA系统中，T是通过T＝1.28*2i秒计算的，其中i一般设定为0或1。为了延长无线电话电池的使用时间，在时间片分割寻呼消息之间使无线电话的部分电路进入睡眠(例如，关闭提供到进入睡眠的电路的时钟信号)。
图1是说明在操作于时间片分割寻呼模式时如何启动现有技术的无线电话的定时图。在时间轴400上示出了PN序列定时，时间轴401上示出了对应的无线电话事件。
时间轴400示出了PN卷(PN roll)边界发生在时间404。在扩展频谱系统中，PN序列通常是有限长度的，在循环通过整个序列后再重复其本身；PN卷边界标记PN序列的开始点。例如，在IS-95系统中，PN卷边界每26.66毫秒发生一次。
时间轴400也示出了在时间406发生的帧边界。在IS-95系统中，每80毫秒产生80毫秒帧边界，并且与PN卷边界对准。寻呼消息在80毫秒帧边界开始。
为了无线电话解调和解码寻呼消息，几个无线电话事件必须在帧边界之前发生。在时间402之前，现有技术无线电话处于睡眠状态，其中关断了对接收机调制解调器电路的时钟。当无线电话最初进入睡眠状态时，微处理器存储当前PN序列状态。然后，无线电话在预定的时间中保持睡眠状态，而微处理器则保持对睡眠时间的跟踪，以便在无线电话退出睡眠模式时产生唤醒状态。
刚好在时间402之前，微处理器对接收机调制解调器执行唤醒状态程序，并且重新对接收机调制解调器提供时钟信号。这种唤醒状态代表当无线电话退出睡眠模式时微处理器作出的对PN序列的状态的最佳估算。此后，在试图跟踪PN序列时实时更新唤醒状态。
在现有技术的扩展频谱无线电话中，在这点大约90％的接收机调制解调器电路导通并激活。因此，在接收机调制解调器单元中，时钟信号提供到所有解调支路，搜索器接收机，和有关的定时电路。
在时间402，发生唤醒(WAKE)事件，并且WAKE脉冲把相同的状态信息装载到搜索器接收机和解调支路，因而使它们相互同步。然后，搜索器单元搜索接收的信号直到发现一个适当的高能量射线。一旦发现适当的导频信号，则回转(slew)搜索器接收机和所有解调支路的定时，从而使它们的定时与通过导频信号传送的PN序列匹配。回转是一种处理方法，包括相对于接收的PN序列超前、延迟，或保持内部发生的PN序列。这建立了一个定时参考。
在典型的现有技术CDMA无线电话中，无线电话需要大约30毫秒来捕获导频信号和把搜索器接收机和解调支路与PN序列同步；这标记为持续时间410。因此，WAKE事件必须至少在将要在时间404于PN卷边界发生的SLAM事件之前30毫秒发生。由于自从WAKE事件发生后对搜索器定时单元，支路定时单元和系统定时单元的时钟已经导通，因而连续地保持着它们之间的重要定时关系。此外，在这大约30毫秒期间，包括接收机调制解调器内的所有非搜索器接收机电路在内的大约90％的接收机调制解调器电路被激活。
现有技术的无线电话硬件被配置为在PN卷边界(例如，在时间404)开始SLAM事件。SLAM事件被定义为无线电话接收机调制解调器的系统定时单元与导频信号PN序列的同步化。系统定时单元控制整个无线电话接收机调制解调器的定时，并指导接收机调制解调器的操作。因此，对于一个SLAM事件，微处理器指导接收机调制解调器的系统定时单元同步化于解调支路和搜索器接收机的定时。
SLAM事件发生在时间404。在26.6毫秒的持续时间412中，90％的接收机调制解调器电路处于激活状态。在时间406，解调器支路产生去交插器数据，并解码寻呼消息。在时间408，接收机调制解调器结束对寻呼消息的解码，并且这段时间一般为35毫秒，如由持续时间414所标记。
除了在时间片分割寻呼模式操作时在预定时间唤醒无线电话之外，也可能需要唤醒无线电话以处理或响应无线电话中同步或异步发生的其它事件。异步事件的一个例子是用户输入，例如按动无线电话的键盘。
因此，可以看到现有技术的无线电话对于时间片分割寻呼模式中的操作效率低下。降低无线电话的功耗是一项关键的性能指标。降低功耗可以延长无线电话电池的使用时间，因而可以延长无线电话电池无需重新充电的工作时间。因此，需要有一种在时间片分割寻呼模式工作期间有效和快速激活扩展频谱无线电话的方法和装置。还需要有一种能够响应同步或异步事件(例如，无线电话的最初启动)有效启动扩展频谱无线电话的方法和装置。
图1是说明如何从空闲模式中唤醒现有技术的扩展频谱无线电话以解码时间片分割寻呼消息的现有技术定时图；
图2是与一无线电话结合的无线通信系统的方框图；
图3是在图2的通信系统的无线电话中使用的搜索器接收机的方框图；
图4是说明图2的无线电话的启动的定时图；
图5是说明图2的无线电话的接收机调制解调器内各种定时元件的相互作用的方框图；和
图6是说明启动以时间片分割寻呼模式操作的图2的无线电话的方法的流程图。
图2示出了一个通信系统100，包括多个基站，例如基站102，用于与诸如无线电话104之类的一个或多个移动站进行无线通信。配置无线电话104以接收和发送扩展频谱信号，以便与包括基站102在内的多个基站通信。在示出的实施例中，通信系统100以直接序列码分多址(DS-CDMA)系统操作。在TIA/EIA临时标准IS-95，“双模宽带扩展频谱蜂窝系统的移动站-基站兼容性标准”中，说明了这样一种操作在800MHz的系统的实例。作为选择，通信系统100也可以根据其它DS-CDMA系统或跳频扩展频谱系统操作。
基站102在业务信道上向无线电话104发送信息信号之类的各种扩展频谱信号。在一个称为沃尔什覆盖(Walsh covering)的处理中，用沃尔什码对包括信息信号的码元编码。给每个无线电话104这样的移动站分配一个唯一沃尔什码，因而使对每个移动站的业务信道传输正交于对每个其它移动站的业务信道传输。
除了业务信道之外，基站102通过一个导频信道广播导频信号之类的其它信号，通过一个同步信道广播同步信号，和通过一个寻呼信道广播寻呼信号。在范围之内的所有移动站共同接收导频信道，并且无线电话104把导频信道用于识别CDMA系统的存在，最初系统捕获，空闲模式跨区转接，通信和干扰基站的初始和延迟射线的识别，并用于同步、寻呼和业务信道的相干解调。同步信道用于使移动站定时与基站定时同步化。寻呼信道用于从基站102向包括无线电话104的移动站发送寻呼信息。
在替代实施例中，导频信号包括通过多个信道发送的多个导频信号。例如，一些导频信号可以用于最初捕获和信号强度确定。其它的导频信号可以用于存储组信息，例如一组基站标识。
除了沃尔什覆盖之外，还利用一伪随机噪声(PN)序列扩展由基站发射的所有信道。在所示实施例中，利用导频信道PN序列的唯一开始相位唯一地识别通信系统100中的基站102和所有基站，唯一开始相位也称为开始时间或相移。PN序列的长度为215码片，码片是以每秒1.2288兆码片的码片率产生的，并且PN序列大约每26.66毫秒(msec)重复一次。最小允许时间间隔是64码片，这使得能够有总共512个不同PN码相位分配。扩展导频信道调制一个射频(RF)载波，并被发送到基站102服务的地理区域中包括无线电话104的所有移动站。PN序列可以是性质上复合的，包括同相(I)和正交(Q)分量。
在一个替代实施例中，基站是相互异步的，就是说没有使所有基站一起同步化的共同定时参考。因此，从一个基站发射的导频信号与从另一个基站发射的导频信号不同步。
无线电话104包括一个天线106，一个模拟前端108，微处理器、逻辑、和控制电路116，一个接收路径，和一个发射路径。接收路径包括一个模数转换器(ADC)110，和一个接收机调制解调器111；发射路径包括一个数模转换器120，和一个发射路径电路118。接收机调制解调器111包括一个RAKE接收机112，一个搜索器接收机114，一个支路定时单元140，一个搜索器定时单元142，和一个系统定时单元146。
天线106接收来自基站102和来自相邻其它基站的RF信号。一些接收的RF信号是基站发射的视线射线。其它接收的RF信号是反射或多径射线，因而相对于视线射线在时间上延迟。
天线106把接收的RF信号转换成电信号，并提供到模拟前端108。模拟前端108执行滤波，自动增益控制，和把信号转换成基带信号之类的功能。把模拟基带信号提供到ADC 110，ADC 110将它们转换成用于进一步处理的数字数据流。
RAKE接收机112包括多个解调支路，包括第一解调支路122，第二解调支路124，第三解调支路126，和第四解调支路128。在所示实施例中，RAKE接收机112包括四个解调支路。但是，可以使用包括仅有一个解调支路的其它数量的解调支路。解调支路是从现有设计改造而成的，以使启动时间和功率降至最小；这将在以后结合图2至6进一步说明。
微处理器、逻辑和控制电路116包括一个微处理器117和一个时钟134。时钟134控制无线电话104的定时。微处理器、逻辑和控制电路116耦合到无线电话104的其它元件，但是在图1中没有示出这种相互连接，以免不必要地使附图复杂化。
一般地讲，接收机调制解调器111内的搜索器接收机114检测无线电话104从包括基站102的多个基站接收的导频信号。搜索器接收机114利用一相关器以无线电话104中产生的PN码去扩展导频信号。在去扩展后，累加一预先选定的时间间隔上的每个码片周期的信号值。这给出了码片值的相干和。将这个和与一阈电平比较。超过阈电平的和一般表示一个可以用于导频信号定时同步化的适合的导频信号射线。
参考图3，搜索器接收机114包括一个样本缓冲系统200，一个耦合到样本缓冲系统200的双相相关器202，一个耦合到双相相关器202的能量计算器204，一个耦合到能量计算器204的能量后处理器206，一个耦合到能量后处理器206的搜索器输出缓冲器208，和一个耦合到双相相关器202的PN发生器系统210。样本缓冲系统200包括一个耦合到接收机样本缓冲器230的延迟电路220，一个耦合到接收机样本缓冲器230的地址发生器226，和一个耦合到接收机样本缓冲器230的多路复用器238。双相相关器202包括一个耦合到一第一累加器274的第一去扩展器262，和一个耦合到一第二累加器276的第二去扩展器264。能量计算器204包括一个耦合到多路复用器290的闩锁和标度电路284，一个耦合到多路复用器290的乘方电路294，和一个耦合到乘方电路294的累加电路298。
PN发生器系统210包括一个耦合到一实时PN发生器370的PN序列唤醒状态寄存器360，一个耦合到实时PN序列发生器370的初始PN状态寄存器318，一个耦合到初始PN状态寄存器318的高速PN发生器372，一个耦合到高速PN发生器372的屏蔽寄存器336，和一个耦合到高速PN发生器372的下一PN状态寄存器340。
实时PN发生器370包括一个耦合到一实时PN卷(PNR)计数器312和一实时位置计数器314的实时线性序列发生器(LSG)310。高速PN发生器372包括一个耦合到高速PN卷(PNR)计数器324和一个高速信元计数器326的高速LSG 322。实时PN发生器370和高速PN发生器372内的电路一般包括触发电路。
因此，可以操作在时间片分割寻呼模式中的CDMA无线电话包括一个周期性启动以发现适当信号强度的导频信号的搜索器接收机，在搜索器接收机的每个周期性启动之后，搜索器接收机同步化于导频信号的伪随机噪声(PN)序列定时。无线电话也包括至少一个耦合到搜索器接收机的解调支路，和控制电路，该控制电路用于实际在搜索器接收机的每次周期性启动之后周期性启动至少一个解调支路并且在搜索器接收机的每次周期性同步之后指导至少一个解调支路相对于导频信号的PN序列定时同步化。控制电路包括一个微处理器。无线电话还包括一个耦合到至少一个解调支路的系统定时单元，微处理器实际上在搜索器接收机的每次周期性启动之后周期性地启动系统定时单元并且在至少一个解调支路的每次周期性同步之后指导系统定时单元相对于导频信号的PN序列定时同步化。
下面结合图4的定时图和图6的流程图说明如何在时间片分割寻呼模式操作期间从睡眠状态启动接收机调制解调器111(图2)和搜索器接收机114(图2和3)。在图4中，在时间轴500上示出了PN序列定时，并且在时间轴502上示出了对应的无线电话104事件。时间轴500显示了在时间506发生了一个预定PN码片边界，和在时间508发生了一个帧边界。
除了由蜂窝系统标准定义的PN序列的PN卷边界之外，对所述的预定的PN码片边界有另一种规定。在所示实施例中，选择发生在PN序列的第512个码片的边界作为预定码片边界，因而称为512-码片边界；把512-码片边界与PN卷边界对准。在IS-95系统中，发射码片率是1.2288MHz，所以512-码片边界每0.4166msec出现一次。也可以使用其它预定码片边界。在IS-95系统中，每80msec出现帧边界(例如，在必须唤醒无线电话以接收寻呼消息时)，并且把帧边界与PN卷边界对准。
以时间片分割寻呼模式操作无线电话104的方法在方框600开始。无线电话在方框602进入睡眠状态。
在方框604微处理器117(图2)记录当前PN序列状态，并把当前PN序列状态作为PN序列睡眠状态存储在寄存器中。在无线电话处于睡眠时(例如在图4的时间504之前)，断开对接收机调制解调器111(图2)一些部分的时钟信号以使这些部分停止工作，因而降低了功耗。例如，在睡眠状态期间，断开了对RAKE接收机112，搜索器接收机114，支路定时单元140，搜索器定时单元142，和系统定时单元146的时钟信号。
在一预定持续时间中无线电话104保持睡眠状态，而微处理器117则在方框606保持对这段时间的跟踪(图6)。微处理器117可以用时钟134跟踪空闲时间；作为选择，可以使用没有进入睡眠状态的另一个时钟(未示出)。例如可以使用微处理器117外部的时钟。在时间504之前(图4)，在方框608(图6)，微处理器117利用PN睡眠状态和无线电话104保持睡眠的时间把一个PN序列唤醒状态编程到PN序列唤醒状态寄存器360(图3)中。
在时间504(图4)发生WAKE事件，因而启动了几种接收机调制解调器111(图2)功能。在方框610(图6)通过向接收机调制解调器111(图2)提供时钟信号，启动了至少一部分接收调制解调器111电路，例如搜索器接收机114和搜索器定时单元142。在一个替代实施例中，搜索器定时单元142包括在搜索器接收机114中，因而被认为是搜索器接收机114的一部分。但是，接收机调制解调器111中的不是搜索器接收机114和搜索器定时单元142的电路部分仍然保持关断。例如，RAKE接收机112，支路定时单元140，和系统定时单元146保持最初的不活动状态。
为了启动接收机调制解调器111的一部分，通过输入端306(图3)将一个码片时钟信号提供到实时PN发生器370(图3)，以启动实时PN发生器370。该码片时钟信号以PN码片速度操作，并且可以从任何适当的源始发，例如微处理器、逻辑和控制电路116的时钟134。此外，通过施加一个8X时钟信号来启动搜索器定时单元142。搜索器定时单元142包含控制电路，寄存器，和一个计数器，以形成和协调实时PN发生器370的定时。搜索器定时单元142中的计数器以八倍于实时码片时钟信号的速度计数，提供了对PN序列的高分辨率的跟踪。总之，在时间504只有大约20％的接收机调制解调器111电路启动。这称为一种中，低功率模式。
在启动了搜索器接收机114的至少一部分后，搜索器接收机必须捕获一个发射信号，并且在所示实施例中，该发射的信号包括至少一个导频信号。在替代实施例中，发射的信号可以包括不止一个信道上的多个导频信号，并且这些信道上的导频信号可以被码分多路复用或时分多路复用。
作为WAKE事件的一部分，在方框612(图6)微处理器117发出一个WAKE脉冲，并且在方框614从PN序列唤醒状态寄存器360(图3)读出PN序列唤醒状态，并装载到实时PN发生器370中，以建立一个定时参考。这个唤醒状态信息包括装载到实时LSG 310(图3)中的同相和正交相位PN序列的15-比特状态。唤醒状态也包括实时PN卷计数器312(图3)的15-比特状态。PN卷计数器312计算从最后PN卷边界以来的码片的数量和码元的数量，以指示PN序列内的当前位置。这个卷计数器信息对于完成将在时间506(图4)发生的高分辨率SLAM事件是十分重要的。
在方框616(图6)，WAKE脉冲还引起实时位置计数器314(图3)被初始化到一个初始值(例如，状态)。实时位置计数器314在启动的稍后阶段使用，并且每当回转实时PN发生器370时就改变状态。例如，如果实时PN发生器370回转四个码片，那么实时位置计数器314将跟踪之。将回转控制应用在线路308上，并且在没有回转实时PN发生器370时实时位置计数器314的状态或值保持恒定。
在方框618(图6)，实时PN发生器370开始以实际上等于出现在输入端306的码片时钟信号速率的第一速率产生PN序列。这个第一速率实际上等于接收的信号的码片率。码片时钟信号代表用接收机调制解调器111操作速度表示的第一速率。因此，实时LSG 310以该码片率递增PN序列实时状态，以在每个时钟循环产生PN序列的I和Q样本，并且在方框620(图6)实时PN卷计数器312对每个时钟循环以第一速率递增。这个PN序列产生代表对接收的PN序列的位置的初始估算。
接下来，搜索器接收机114(图2和3)检测导频信号以捕获系统定时。在方框622(图6)，在PN序列发生器370产生PN序列时，ADC 110(图2)接收从模拟前端108发送的模拟信号，并把模拟信号转换为数字样本，该数字样本被施加到同相(I)输入端212和正交相位(Q)输入端214(图3)。延迟电路220产生包括延迟了二分之一码片持续时间的数字样本在内的数字样本的延迟版本。
在方框624(图6)将数字样本和数字样本的延迟版本存储在接收机样本缓冲器230中。延迟版本的产生使得在用样本填充了接收机样本缓冲器230之后的高速导频信号搜索期间，能够同时计算间隔一半码片时间的两个能量。如果在搜索器接收机114中没有包括成双的硬件(例如，仅有一个相关器而不是这里所示的双相相关器202中的两个相关器)，那么可以不必产生输入样本的延迟版本。作为选择，如果在搜索器接收机114中包括了更多的相关器，那么可能需要产生更多的延迟版本。由于延迟版本与接收的数字样本实际上是同时产生的，导频信号数字样本的检测实际上是以两倍的码片率发生的。
地址发生器226指令接收机样本缓冲器230把每个数字样本和数字样本的延迟版本写入到什么位置(和以后从何处读出存储的数据)。在所示实施例中，接收的I和Q数字样本每个有四比特，因此对一个单一I-Q样本对产生八比特；延迟版本是另外的八比特。组合的I-Q对和延迟版本包括十六比特，因而接收机样本缓冲器230的宽度是十六比特。有用于1024个十六比特样本的存储单元。可以使用其它存储器构造和比特结构。
把两个不同的时钟信号提供到多路复用器238。把以实时操作的码片时钟信号提供到第一输入端232，把高速时钟信号提供到第二输入端234。高速时钟信号以比码片时钟信号更高的速度操作。通过向控制输入端236提供控制信号进行时钟信号的选择。在向接收机样本缓冲器230装载数字样本的同时，在多路复用器238上选择码片时钟信号。因此，数字样本是以实时时钟速度装载到缓冲器中的，但是由于延迟版本实际上是在数字样本接收的同时产生的，因而是以实际上两倍码片率发生导频信号数字样本的检测和存储。
存储在接收机样本缓冲器230中的样本代表搜索器接收机114接收的导频信号。该信号可以包括直接接收的导频信号和/或多径射线。因此，接收机样本缓冲器230提供了一个用于存储一个接收信号的多个样本的缓冲器。
当第一个I和Q样本被写入到接收机样本缓冲器230中时，及时地记录此刻的实时PN发生器370的PN状态，并装载到初始PN状态寄存器318中。这将指示存储的样本是如何对应于实时PN发生器370产生的PN序列的。
在检测到一个导频信号后，把实时PN发生器370，并因此也把搜索器接收机114同步化于有关至少检测到的导频信号一部分的一个PN序列定时。因此，在持续时间512(图4)期间，但只是在填充了接收机样本缓冲器230(图3)之后，进行高速搜索，以搜索一个适当导频信号(例如，一个产生了高于一预定阈值的相关能量的导频信号)的存储样本。为了高速搜索，实际上除了实时PN发生器370之外的所有搜索器接收机114(图2和3)的电路都以高速时钟信号的较高速度操作(为了简化附图，仅示出了将高速时钟信号施加到第二多路复用器输入端234，第二累加器输入端278的一个高速时钟输入端278，和在输入端328的高速PN发生器372)。因此，多路复用器238从出现在输入端232的码片时钟信号转换到出现在第二输入端234(图3)的高速时钟信号。
在方框626(图6)微处理器117(图2)确定在其上搜索存储的样本的窗口的大小。例如，一个四大小的窗口表示对PN空间的四个独立的二分之一码片偏移的搜索。由于双相相关器202(图2)包括两个相关器，因而可以同时搜索两个不同的偏移。应当知道可以选择其它适当的窗口大小，并且可以使用能够同时执行更少或更多搜索的硬件构造。
在方框628(图6)，微处理器117开始在一规定窗口大小内的一个搜索。搜索器接收机114以高速时钟的第二速率搜索适当的PN序列偏移。一个适当的PN序列偏移就是对检测到的数字样本产生高相关能量的PN序列偏移。在这里，第二速率高于第一速率。
对于第一对搜索，把高速PN发生器372(图3)的高速信元计数器326初始化到零。把存储在初始PN状态寄存器318中的PN状态装载到高速PN发生器372中，从而把高速LSG 322和高速PNR计数器324设定为适当值。这将保证使搜索和相关的样本对应于在将样本最初检测和写入到接收机样本缓冲器230时存在的实时PN序列。然后，高速PN发生器372将以该更高的时钟速度重新产生原始实时PN序列，并且把这些PN信号施加到第一去扩展器262和第二去扩展器264(图3)。通过线路330施加同相PN序列，并且通过线路332施加正交相位PN序列(图3)。
当高速PN发生器372在PN序列中增加一个码片时，把该状态存储到下一PN状态寄存器340中。这将被用作在预定窗口大小内的下一高速搜索的开始点。把下一开始点从初始PN状态超前一个整码片，因为已经从数字样本的延迟版本相关了半码片的增量。
双相相关器202(图3)将接收机样本缓冲器230中的样本与从高速PN发生器372产生的PN序列相关，以产生相关结果。在方框630(图6)开始相关运算。为了进行相关处理，首先用第一去扩展器262和第二去扩展器264去扩展样本。去扩展器是多路复用器或熟悉本领域人员所知的其它去扩展电路。接下来，把去扩展的数据提供到第一累加器274和第二累加器276。累加器包括熟悉本领域人员所知的累加和求和电路和逻辑电路。
把第一累加器274和第二累加器276中产生的和提供到能量计算器204。首先把累加信号提供到闩锁和标度电路284。闩锁和标度电路284包括触发电路，并且可以交替地结合于第一累加器274和第二累加器276。可以把闩锁和标度电路284内的组合逻辑用于标度能量后处理所需的累加值。
闩锁和标度电路284用于锁定用于执行能量计算的中间相关结果或最后相关结果(例如，规定相关长度上的相关)。例如，如果对一个特定PN偏移的规定相关长度是256码片，那么可以把中间长度选择为64码片。当在双相相关器202中累加头64个码片时，锁定该累加值，和计算其能量值并且将能量值与存在于能量后处理器206的阈值输入端295的中间阈值比较。首先执行中间能量计算，以确定现在用于高速搜索的偏移是否正在产生适当的高能量结果。如果不是，那么放弃对该特定偏移的高速搜索，继续对下一PN偏移进行高速搜索。可以使用其它规定的相关长度和中间相关长度。
如果中间计算的能量值高于中间能量阈值，那么终止对双相相关器202的闩锁，并对规定累加长度经过双相关器202去扩展和累加该PN偏移的其余样本。把锁定和标度的累加值提供到多路复用器290，然后相继地提供到乘方电路294。因此，累加的I0首先提供到乘方电路294和进行乘方运算，并把乘方值提供到累加电路298。然后把累加的Q0乘方和提供到累加电路298以产生相关的总能量值(例如，I0 2+Q0 2)。
将能量值与存在于能量后处理器206的阈值输入端295的第二阈值比较。如果能量值高于第二阈值，那么断定与该能量值有关的能量指示位为高。如果能量值低于第二阈值，那么断定与该能量值有关的能量指示位为低。
在高速搜索的开始，把搜索器输出缓冲器208内的所有存储单元初始化为零。然后把第一相关能量值和它的有关能量指示位通过线路296一同提供到搜索器输出缓冲器208，并存储在存储单元之一中。
在整个高速搜索中，能量后处理器206保持对搜索器输出缓冲器208中存储最低能量信号的存储单元的跟踪。如果当前计算的能量值高于已经存储在搜索器输出缓冲器208中的最低能量，那么能量后处理器206将通过经线路297发送一存储单元使新计算的能量值写入覆盖搜索输出缓冲器208内的寄存器。
如上所述，当开始高速搜索时，初始化搜索器输出缓冲器208，使其存储单元中的所有能量值设为零。最初几个计算的能量将被自动地写入搜索器输出缓冲器208中，因为计算的能量值将大于存储单元中初始设置的零值。即使在规定相关长度上的最终累加值小于第二阈值，也把该能量值与断定为低的有关能量指示位一同存储在搜索器输出缓冲器208中。一旦搜索器输出缓冲器208填满，如果要继续进行更多的搜索(因为窗口大小大于缓冲器容量)，那么把计算的能量值与存储的能量值比较。然后，如果计算的能量值较大，那么新计算的能量值将写入覆盖存储的能量值。存储的能量值经过线路296送回到能量后处理器206用于比较。
施加在选择输入端300的搜索器位置信号选择每个存储能量值的读出/写入位置。重复这个搜索过程直到完成了规定窗口大小的高速搜索。
对于四的窗口大小，总共执行四个高速搜索，一次两个。同时进行的第一对高速相关将产生I0 2+Q0 2和I1 2+Q1 2的能量值。在进行头两个涉及I0/Q0和I1/Q1的高速搜索之后，还需要进行两个搜索。
为了下一高速搜索，在方框632(图6)地址发生器226(图3)将接收机样本缓冲器230中的指针移回到第一写入数据样本。高速LSG322的开始状态从下一PN状态寄存器340始发；这个状态从存储在初始PN状态中的状态超前1码片(因为头两个相关超过零PN偏移和半码片PN偏移)。
每次高速PN发生器372从原始存储在初始PN状态寄存器318中的初始PN状态偏移时，高速信元计数器326将增加。例如，对于四的窗口大小的头两个相关，高速信元计数器326具有零的值。当对于下面两次相关使高速PN发生器372超前一码片时，高速信元计数器326增加到1的值。然后，高速搜索过程以超前1码片的PN序列开始。
当进行的高速搜索数量等于窗口大小时，在决策方框634完成高速搜索过程。在方框636微处理器117通过线路304读出存储在搜索器输出缓冲器208中的能量，并确定有关一导频信号射线的最高能量，以及该导频信号的PN序列位置。这相当于捕获该导频信号的PN序列定时。
在方框638(图6)，回转实时PN发生器370(图3)以匹配选定的导频信号的相位。具体地讲，回转实时LSG 310和实时PNR计数器312以匹配选定射线的相位，并且增加实时位置计数器314以跟踪回转。这时实时PN发生器370和搜索器接收机114已经同步化于选定导频信号的PN序列定时。
在时间506(图4)之前，在方框640和642(图6)将无线电话104退出低功率模式。换句话说，指令无线电话104从低功率模式转换到解调模式。对于解调模式，通过提供时钟信号激活接收机调制解调器111(图2)中更多的电路。例如，通过在方框652(图6)向系统定时单元146提供时钟信号激活之。在方框636(图6)把时钟信号的选通版本提供到RAKE接收机112的至少一个解调支路和支路定时单元140，以在方框654(图6)激活它们。提供到RAKE接收机112的每个解调支路的时钟信号是至支路定时单元140的时钟信号的选通版本，从而RAKE接收机112的每个解调支路可以独立地选通或关断。此时不需要启动所有解调支路。
也是在时间506(图4)之前，在方框644开始解调支路同步化。因此，启动至少一个解调支路后，将该至少一个解调支路同步化于搜索器接收机114的实时PN发生器370。参考图2，3，4和5解释支路同步化。图5示出了搜索器接收机114的实时PN发生器370如何与搜索器定时单元142，支路定时单元140，系统定时单元146，和每个解调支路(例如第一解调支路122，第二解调支路124，第三解调支路126和第四解调支路128)的支路PN发生器相互作用。
为了清楚起见，在图5中仅示出了用于搜索器接收机114，多个解调支路(122，124，126和128)，和系统定时单元的特定定时方框电路图。熟悉本领域的人员应当知道这只不过是代表性的相互作用方框图，并且有更多的电路联系于每个方框。也是为了清楚，示出了用于第一解调支路122的支路PN发生器534；每个解调支路具有相同的支路PN发生器。
解调支路同步化分两个步骤进行。首先，把支路定时单元140同步化于搜索器接收机114。这是凭借微处理器117(图2)通过线路532指令支路定时单元140(图2和5)把它的相位同步化于搜索器定时单元142(图2和5)的高分辨率相位完成的。如同搜索器定时单元142一样，支路定时单元140包含控制电路，寄存器，和一个高分辨率相位计数器。支路定时单元140形成和协调支路PN发生器的定时。其次，把至少一个解调支路同步化于搜索器接收机114的实时PN发生器370的位置。这是凭借通过线路550把包括PN卷计数状态和PN位置计数状态在内的PN状态信息从搜索器接收机114实时PN发生器370装载到至少一个解调支路的PN发生器(这里是第一解调支路122的支路PN发生器534)完成的。
将实时LSG 310的位置装载到第一支路LSG 536中，将实时PNR计数器312的状态(此后称为PN卷计数状态)装载到第一支路PNR计数器538中，并把实时位置计数器314(此后称为PN位置计数状态)装载到第一支路位置计数器540中。支路同步化处理最初可以仅在一个解调支路上进行，或可以启动一个以上的解调支路并同步化于搜索器接收机114。在这点，选定的解调支路已经被同步化。
在考虑持续时间512(图4)的实际长短时，实时PN发生器370的回转处理和支路同步化处理是在极高的速度下进行的，代表了总持续时间512的可以忽略的一部分。此外，由于导频信号高速搜索是在高时钟速度下进行的，高速搜索处理是以比现有技术扩展频谱系统快得多的速度进行的。完成WAKE事件，高速导频搜索和支路同步化的持续时间512(图4)是在五毫秒等级。而现有技术完成WAKE事件，导频搜索和搜索器接收机/支路同步化的持续时间，如持续时间410(图1)所示，在30毫秒的等级。因此，功耗节省不仅仅是通过在WAKE事件，导频搜索处理，回转和支路同步化期间开通了比现有技术更少的电路，而且通过比现有技术更高的操作速度而取得的。
现在已经使搜索器接收机114和至少一个解调支路与选定的导频信号的PN序列定时同步，因而也必须同步化接收机调制解调器111的其余部分。更具体地讲，在方框646必须同步化系统定时单元146(图2和5)。系统定时单元146控制RAKE接收机112(图2)和其它电路的功能和相互作用。系统定时单元指令接收机调制解调器111如何组合来自RAKE接收机112的多个支路的解调数据，产生帧和码元定时，以及一般跟踪协调接收机调制解调器111中电路所需的系统定时信息。
同步化系统定时单元146(图5)被称为SLAM事件。参考图4，SLAM发生在时间506。由于搜索器接收机114和至少一个解调支路已经同步化于导频信号，因而可以通过向系统定时单元146传送必要的信息而在预定的PN码片边界开始按程序执行SLAM。这个预定的PN码片边界可以在时间上比PN卷边界早得多地发生。在这里预定PN码片边界每五百一十二码片发生一次，而PN卷边界则是每215码片发生一次。因此，这个预定PN码片边界意味着小于PN序列的全长。
在小于PN卷边界的预定PN码片边界同步化系统定时单元146被称为高分辨率SLAM，因为与现有技术无线电话相比同步化发生在更靠近解码开始的时间508。例如，对于一个512-码片边界，SLAM发生在寻呼解码开始时间508之前大约0.42毫秒；与此对照的现有技术无线电话在寻呼解码开始前大约26.6毫秒发生的下一个可用PN卷边界开始SLAM。
在SLAM事件期间，把PN状态信息从至少一个解调支路传送到系统定时单元146。具体地讲，是把支路PNR计数器(例如支路PNR计数器538)的状态通过多个线路554传送到系统时间计数器558。通过多个线路556把支路位置计数器(例如支路位置计数器540)的状态传送到参考位置计数器560。系统时间计数器558跟踪蜂窝网络系统时间，而参考位置计数器560则参考系统定时单元146正在跟踪的射线位置。系统定时控制器562控制和协调系统定时单元146内的活动，并且在输入端542接收从微处理器117(图2)传送的指令。
每个解调支路的PN信号由对应的支路LSG产生，并出现在多个线路552上。在方框648(图6)，各支路使用PN信号来解码寻呼消息，并且解调数据一般开始在时间508。当寻呼消息被解码时，方法在方框650(图6)结束。
图6示出了一个具有在方框636之后发生的不同步骤序列的替代实施例。在持续时间512期间(图4)，在方框652启动系统定时单元146，并在方框654启动支路定时单元140和至少一个解调支路。在方框656分别把支路定时单元140和至少一个解调支路同步化到搜索器定时单元142和搜索器接收机114。
在方框658将至少一个解调支路回转到至少一个导频信号的PN定时。回转支路LSG 536和支路PNR计数器538，以匹配选定射线的相位，并增加支路位置计数器540以跟踪回转。在方框646(图6)把系统定时单元146同步化于至少一个解调支路。熟悉本领域的人员将会知道在获取导频信号的PN序列定时之后启动和同步化系统定时单元和解调支路的其它实施例。
在另一个替代实施例中，搜索器接收机114不包括接收机样本缓冲器230和高速PN发生器372。仍然是首先激活搜索器接收机，并在搜索器接收机启动后向系统定时单元和一个解调支路提供时钟信号，以节约功耗。
可以把启动系统定时单元和启动至少一个解调支路的步骤更一般地说明为，在一预定事件发生后启动它们，该预定事件发生在搜索器接收机的至少一部分启动之后。该预定事件也可以包括为捕获至少一个导频信号的PN序列定时而执行的任何步骤的开始或完成。
从上述说明中可以看到，本发明提供一种启动扩展频谱多址无线电话接收机的方法和装置。仅在一预定事件发生后才启动解调支路和系统定时单元，因而提供了相当的功耗节省。给系统定时单元提供特定状态信息，使得系统定时单元能够在小于一PN卷边界的预定码片边界同步化，因而使接收机调制解调器能够更快地为信息解码；这提供了额外的功耗节省。这种功耗的节省提供了更长的通话时间，或能够使用更小的电池。此外，能够在搜索器接收机或解调支路上执行回转操作，因而提供了设计灵活性。
提供的优选实施例的上述说明使熟悉本领域的人员能够使用启动扩展频谱无线电话接收机的方法，或制造启动扩展频谱无线电话接收机的装置。熟悉本领域的人员将容易地了解对这些实施例的各种改进，并且不必使用发明才能就可以把这里定义的一般原理应用到其它实施例。例如，用于执行SLAM的预定码片边界可以定义为不在512码片边界发生。所述在时间片分割模式启动的方法可以适用和应用于启动到捕获模式的无线电话。因此，当无线电话首次开通时，可以首先启动搜索器接收机电路，因而可以检测和捕获适当的导频信号。这可以包括搜索一个大的PN序列空间，和甚至可能是实际上所有PN序列空间。与前面相同，只有在预定事件发生后才启动解调支路和系统定时单元，预定事件在搜索器接收机启动后的一预定时间量发生。
此外，优选实施例是结合IS-95 CDMA蜂窝电话系统说明的。该优选实施例同样可应用于其它类型的扩展频谱蜂窝电话系统，例如多载波CDMA系统和第三代宽带CDMA系统。

Claims (20)

1.一种用于以时间片分割寻呼模式操作码分多址(CDMA)无线电话的装置，该装置包括：
搜索器接收机，被周期性启动以发现一适当信号强度的导频信号，搜索器接收机在其每次周期性启动之后捕获导频信号的伪随机噪声(PN)序列定时；
至少一个耦合到搜索器接收机的解调支路；和
控制电路，在搜索器接收机的每次周期性启动后周期性启动至少一个解调支路和在PN序列定时的每次周期性捕获之后指令至少一个解调支路相对于搜索器接收机同步化。
2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括耦合到至少一个解调支路的系统定时单元，控制电路实际上在搜索器接收机每次周期性启动之后周期性启动该系统定时单元，在至少一个解调支路的每次周期性同步化之后控制电路指令系统定时单元相对于导频信号的PN序列定时同步化。
3.根据权利要求2所述的装置，其中控制电路包括微处理器。
4.根据权利要求2所述的装置，其中通过接收来自至少一个解调支路的PN状态信息使系统定时单元相对于导频信号的PN序列定时同步化。
5.根据权利要求2所述的装置，其中系统定时单元在比PN卷边界更频繁发生的预定PN码片边界同步化。
6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括耦合到搜索器接收机的实时PN发生器。
7.根据权利要求6所述的装置，进一步包括：
耦合到搜索器接收机的接收机样本缓冲器，接收机样本缓冲器用于存储检测到的导频信号的样本；和
高速PN发生器，用于搜索导频信号的存储的样本和有关导频信号PN定时，该有关导频信号PN定时产生高于预定阈值的相关能量。
8.一种用于启动以码分多址(CDMA)蜂窝电话系统的时间片分割寻呼模式操作的CDMA无线电话的方法，该方法包括：
启动一搜索器接收机；
用搜索器接收机捕获有关一导频信号的PN序列的伪随机噪声(PN)序列定时；和
启动搜索器接收机之后启动至少一个解调支路。
9.根据权利要求8所述的方法，其中在捕获导频信号的PN序列定时之后启动至少一个解调支路。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：
把搜索器接收机的PN定时回转到导频信号的PN序列定时；和
在回转搜索器接收机的PN定时之后把至少一个解调支路同步化于搜索器接收机的PN定时。
11.根据权利要求10所述的方法，其中同步化至少一个解调支路的步骤包括把来自搜索器接收机的PN状态信息并行装载到该至少一个解调支路。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括；
在搜索器接收机启动之后启动系统定时单元；和
在回转搜索器接收机的PN定时之后把系统定时单元同步化到该至少一个解调支路。
13.根据权利要求12所述的方法，其中同步化系统定时单元发生在导频信号的PN序列内的一个预定PN码片边界，该预定PN码片边界小于导频信号的PN序列全长。
14.根据权利要求9所述的方法，进一步包括在启动该至少一个解调支路之后把该至少一个解调支路同步化到搜索器接收机。
15.根据权利要求9所述的方法，进一步包括在捕获有关导频信号的PN序列的PN序列定时之后把该至少一个解调支路同步化到搜索器接收机。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括把该至少一个解调支路回转到有关导频信号的PN序列的PN序列定时。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
在搜索器接收机启动之后启动一个系统定时单元；和
在回转该至少一个解调支路之后把系统定时单元同步化于有关导频信号的PN序列的PN序列定时。
18.根据权利要求17所述的方法，其中同步化系统定时单元的步骤包括把代表PN序列定时的状态信息装载到系统定时单元中。
19.根据权利要求9所述的方法，其中用搜索器接收机捕获PN序列定时的步骤包括：
存储以第一速率检测到的多个导频信号的样本；和
以第二速率搜索存储的样本以发现产生高于一预定阈值的相关能量的导频信号的PN序列定时，第二速率是一个高于第一速率的速率。
20.一种在时间片分割寻呼模式操作期间启动无线电话的方法，无线电话可在码分多址无线电话系统中操作，该方法包括：
启动一搜索器接收机；
检测一个产生高于一预定阈值的相关能量的导频信号；
用搜索器接收机捕获导频信号的PN序列定时；
在捕获导频信号的PN序列定时之后启动一系统定时单元；
在捕获导频信号的PN序列定时之后启动至少一个解调支路；
在捕获PN序列定时(636)之后把该至少一个解调支路同步化于导频信号的PN序列定时；和
在同步化该至少一个解调支路后把系统定时单元同步化于导频信号的PN序列定时。
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