CN1284226A - 生成复数伪随机序列以便处理码分多址信号的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

在一个无线通信系统中,在一个复数伪随机(PN)序列发生器中选择一个码片时间。对于所选码片时间之后的下一个码片时间,将选前复数PN码片与下一个复数PN码片之间的相位差限制于预先选择的相位角内。在一个实施例中,每隔一个码片时间选择一个及预先选择的角度为90度。

Description

生成复数伪随机序列以便 处理码分多址信号的方法和系统
本发明一般涉及无线通信系统，更具体地涉及一种使用复数伪随机序列处理码分多址信号的方法和系统。
在用于发射调制射频信号的功率放大器中，希望处理具有低峰值对平均值比的输入信号。不希望高峰值对平均值比，因为当一个尖峰信号使功率放大器工作在其工作特性的非线性段时，功率放大器产生额外边带。当一个具有大幅值波动的信号通过时，这些额外边带由一种称为AM至PM转换及PM至AM转换的机理所产生。此外，这些边带剥夺它们的转发器功率中一部分的信息信号，同时还干扰邻近信道(相邻信道干扰)。
在使用四相移相键控(quartenary phase shift keying，QPSK)的通信系统中，信号相位可以是每个移相期间内四个相位中的任何一个。这示于图1中信号空间图中，其中相位30示出群集(constellation)点32-38中的一点32的相位。跃迁(transition)40-46阐述移相时期之间允许的相位变化。参考数字40处显示零度跃迁。参考数字42和44处显示π/2弧度或90°跃迁，及参考数字46处显示180°或π弧度跃迁。
在码分多址(CDMA)系统例如根据美国国家标准学会(ANSI)J-STD-008实施的CDMA系统中，使用一个伪随机噪声(PN)序列将用户数据扩展和调制，该伪随机噪声是周期的和具有类似噪声特性。例如，参照图2，在直接序列QPSK发射机60中，实数的用户数据62被分成两路并由乘法器68和70分别乘以2个PN序列：一个PNI序列64和一个PNQ序列66。这些PN序列分别由PNI序列和PNQ序列发生器72和74生成。这些PN序列发生器的输出持续时间可以称为码片(chip)时间或码片期间，它是直接序列调制的信号中单个脉冲的持续时间。
在用户数据62的同相分量(I)和正交分量(Q)已经乘以PNI序列64和PNQ序列66之后，乘法器68和70输出的信号中的每一个都单独地由脉冲整形滤波器76滤波。脉冲整形滤波器76可以用将较高频率分量从信号中滤去的有限脉冲响应滤波器实施。
其次，使用乘法器82将过滤的I和Q分量乘以正交载波分量78和80以便产生I和Q射频(RF)信号84和86。然后信号84和86在加法器88中相加。加法器88的输出量是RF调制的信号90，它然后由功率放大器92放大。功率放大器92的输出量然后送至天线94以将信号发射至接收单元。
如图2中所示，通常由最大长度线性反馈N位移位寄存器实施PN序列发生器72和74，其中所选各级抽头与移位寄存器输出量进行“异”运算以便形成一个反馈回至移位寄存器输入端的信号。也可使用其他实施PN序列的方法。例如，可以使用非线性反馈移位寄存器以输出PN序列。
PNI和PNQ发生器72和74输出量的组合可看作是一个对应于相位的复数值。例如，再参照图1，如PNI等于1和PNQ等于1，则复数PN值(1，1)对应于相位30，及π/4弧度。复数PN发生器的其他输出值对应于群集点34-38。自一个群集点至另一点的跃迁40-46由先前复数PN码片与下一个码片时间内由复数PN序列发生器生成的下一个复数PN码片之间的差别所确定。
当RF调制的信号90出现尖峰而使功率放大器92工作在非线性区域中时，在发射的信号中出现额外边带。可以减少RF调制的信号90中尖峰的出现而消除这些边带信号，因此希望减少峰值对平均值比。
RF调制的信号90中出现的尖峰是在脉冲成形滤波器76中接收与脉冲成形滤波器76的脉冲响应高度地相关的码片值序列的结果。此外，当在脉冲成形滤波器76的I和Q信道两者内同时形成尖峰时，信号90的尖峰更大。
在现有技术中，使用π/2BPSK调制来减少送至功率放大器的信号中的峰值对平均值比。然而，π/2BPSK调制产生不好的BPSK扩展(spreading)，因为不容易抑制来自其他用户的信号。
另一方面，QPSK扩展能够很好地提供对用户信号之间的抑制，但产生一个不好的峰值对平均值比。有关扩展方法的更详细的讨论，见由Andrew J.Viterbi所写的书“CDMA扩频通信原理”(由Addison Wesley在1995年出版)，第26-32页。
因此很清楚，需要一种改进的方法和系统，用于为处理一种码分多址信号而生成一个复数伪随机序列，其中该复数伪随机序列有助于减少调制的通信信号的峰值对平均值比。
在所附权利要求中定义了被认为是本发明特点的新特征。然而可以结合附图参照阅读以下示例性实施例的详细说明而很好地理解本发明本身以及使用的优选实施例，进一步的目的及其优点，附图中：
图1示出根据现有技术的QPSK信号空间图；
图2是根据现有技术的方法和系统的直接序列扩频调制器；
图3是用于生成一个根据本发明的方法和系统的复数伪随机序列的方法和系统的直接序列扩频调制器；及
图4是示出了用于生成一个根据本发明的复数伪随机序列的方法和系统的高层逻辑流程图。
现参照附图，具体地参照图3，其中示出了用于生成一个根据本发明的方法和系统的复数伪随机序列的方法和系统的直接序列扩频发射机。如所阐述的，直接序列QPSK发射机110接收实数值数据62，后者被分成两路并根据本发明乘以2个PN序列。虽然根据本发明生成PN1和PNQ序列112和114是新的，但发射机的许多其余部件按照以上所述方式操作。例如，乘法器68和70的操作与参照图2所描述的方式相同。类似地，脉冲成形滤波器76用于从来自乘法器68和70的输出信号中滤去高频分量。然后在乘法器82中使用正交载波分量78和80将I和Q信号调制。I和Q的RF信号116和118在加法器88中相加以便产生RF调制的信号120，它然后由功率放大器92放大及送至天线94以将信号发射至接收单元。注意到信号116、118和120是新的，因为它们已根据本发明使用新复数PN序列修改过。
在优选实施例中，从C1和C2序列发生器130和132开始生成改进的复数伪随机序列，C1和C2序列发生器可以用基本与图2中所示PN1和PNQ序列发生器相同的方式实施。在任何给定码片时间期间序列发生器130和132的输出量具有值C1和C2。信号C1和C2两者都连至最后相位寄存器134，并同时输入至乘法器136的一侧。最后相位寄存器134将C1和C2的值转换为相角并将这一相角存储一个码片的时间。自最后相位寄存器134输出的最后相位信息连至相位调整器138，它也从PN1序列发生器130接收C1的现有码片值。如图4中所示，相位调整器138是一个+/-90度相位调整器，其中根据C1的现有值判定是加还是减90度。在相位调整器138的一个实施例中，从最后相位寄存器134的输入相位中推导所得的C1或C2中任何一个的符号是根据C1现有值是+1还是-1而改变。可以根据接收机中确定的或预设的任何序列来控制相位调整器138中是加相位还是减相位。
如图所示，相位调整器138的输出端PN1和PNQ连至乘法器136的输入端。
从乘法器136输出的值根据来自码片选择器140的信号从两对输入量中选择。码片选择器140由一个对于PN1序列发生器和PNQ序列发生器两者都公共的时钟信号控制时序，其中时钟周期是一个码片时间。在一个优选实施例中，码片选择器140促使乘法器136每隔一个码片时间选择相位调整器138的输出量。当相位调整器138的输出量不被选中时，即从乘法器136输出C1和C2的未修改的现有值。因此，在优选实施例中，每隔一个码片时间使下一个复数PN码片的相位与先前复数PN码片的相位相差90度。
作为乘法器136的输出量的PN1和PNQ序列112和114分别连至乘法器68和70，并且用于处理或扩展一个携带用户数据62的码分多址信号。
现在参照图4，它是一个用于阐述一个用于生成根据本发明的复数伪随机序列的方法的高层流程图。如图所示，过程于方框200处开始，并随后进至方框202，其中过程存储一个现有PN码片相位。这可通过将C1和C2的现有值转换为其中C1和C2具有+/-1的值的相位而实施。
其次，过程判定是否应将下一个码片的相位变化限制于预定相位角，如方框204所示。如下一个码片不选为其相位变化将受限制的码片，则过程从复数PN序列发生器的输出量中读取C1和C2，如方框206中所示。过程然后使PN1等于C1和PNQ等于C2，如方框208中所示。最后，过程输出PN1和PNQ值，如方框210中所示。因为过程没有选择此码片时间来限制下一个PN码片的相位变化，PN1和PNQ的值即作为下一个PN码片输出而不加以改变。
再参照方框204，如下一个码片选为用于限制其相位变化，则过程取出上一个PN码片相位，如方框212中所示。其次，过程检查码C1并判定它是否等于1，如方框214中所示。如C1等于1，则过程将上一个PN码片相位加上90度以便计算下一个PN码片相位，如方框216中所示。然而，如码C1不等于1，则过程从上一个PN码片相位中减去90度以便计算下一个PN码片相位，如方框218中所示。
在对上一个PB码片相位加上或减去90度以便计算下一个PN码片相位后，过程将下一个PN码片相位转换为PN1和PNQ值，如方框220中所示。此后输出PN1和PNQ值，如方框210中所示。过程然后递归地回至方框202，其中存储现有PN码片相位。
虽然本发明生成一个用于处理或扩展在发射机中的CDMA信号的复数PN序列，但此方法和系统必定也能在接收单元中用于处理或解扩展所接收的CDMA信号。因此，熟悉技术的人应该知道CDMA接收机应该也能使用本发明的方法和系统。
已经参照一个发射实数用户数据62的系统描述了本发明。熟悉技术的人应该知道用户数据可以是复数数据及乘法器68和70可以用复数方式实施。
熟悉技术的人应该知道使用本发明的复数PN发生器的扩展方案既不是QPSK扩展方案，又不是π/2BPSK扩展方案；使用本发明所产生的扩展方案是混合的，其中所选码片时间的性能像π/2BPSK扩展方案而其余码片时间的性能像QPSK扩展方案。此混合的扩展方案避免π/2BPSK扩展方案的低抑制干扰的缺点及避免QPSK扩展方案的高峰值对平均值比的缺点。
以上本发明的优选实施例的说明是为阐述和说明的目的而提供的。上述描述不是对本发明的穷尽，也不是将本发明限制于所公开的具体形式。鉴于以上道理，修改和变动是可能的。本实施例被选择和描述以便提供对本发明原理及其实际应用的最好解释及使熟悉技术的人能够将本发明应用于不同实施例中，同时使不同修改适用于设想的具体用途。所有这些修改和变动都属于由所附权利要求书确定的本发明的范围之内，该权利要求书根据其公正地、合法地和同等地授权的广度而得到说明。

Claims (16)

1．一种在无线通信系统中生成复数伪随机(PN)序列以便处理码分多址信号的方法，该方法包括以下步骤：
在一个复数PN序列发生器中选择一个码片时间；及
在每个所选码片时间内，将先前复数PN码片与下一个复数PN码片之间的相位差限制在一个预定相位角内。
2．根据权利要求1的生成复数伪随机序列的方法，其中在复数PN序列发生器中选择一个码片时间的步骤进一步包括在复数PN序列发生器中周期地选择每第N个码片时间。
3．根据权利要求2的生成复数伪随机序列的方法，其中N等于2以便在复数PN序列发生器中每隔1个码片时间选择1个。
4．根据权利要求1的生成复数伪随机序列的方法，其中将先前复数PN码片与下一个复数PN码片之间的相位差限制在一个预定相位角内的步骤进一步包括将先前复数PN码片与下一个复数PN码片之间的相位差限制在90°内。
5．根据权利要求1的生成复数伪随机序列的方法，其中将先前复数PN码片与下一个复数PN码片之间的相位差限制在一个预定相位角内的步骤进一步包括对先前复数PN码片的相位加上90°或减去90°从而产生下一个复数PN码片。
6．根据权利要求5的生成复数伪随机序列的方法，其中对先前复数PN码片的相位加上90°或减去90°从而产生一个下一个复数PN码片的步骤进一步包括响应于先前复数码片值而对先前复数PN码片的相位加上90°或减去90°从而产生下一个复数PN码片。
7．根据权利要求5的生成复数伪随机序列的方法，其中对先前复数PN码片的相位加上90°或减去90°从而产生一个下一个复数PN码片的步骤进一步包括根据预先选择的序列对先前复数PN码片的相位加上90°或减去90°从而产生下一个复数PN码片。
8．根据权利要求1的生成复数伪随机序列的方法，其中在复数PN序列发生器中周期性地选择一个码片时间的步骤进一步包括在复数PN序列发生器中周期性地在一串M个连续的码片时间内选择N个码片时间。
9．一种在无线通信系统中生成复数伪随机(PN)序列以便处理码分多址信号的系统，该系统包括：
用于在一个复数PN序列发生器中选择一个码片时间的装置；及
用于在每个所选码片时间内，将先前复数PN码片与下一个复数PN码片之间的相位差限制在一个预定相位角内的装置。
10．根据权利要求9的生成复数伪随机序列的系统，其中用于在复数PN序列发生器中选择一个码片时间的装置进一步包括用于在复数PN序列发生器中周期地选择每第N个码片时间的装置。
11．根据权利要求10的生成复数伪随机序列的系统，其中N等于2以便在复数PN序列发生器中每隔1个码片时间选择1个。
12．根据权利要求9的生成复数伪随机序列的系统，其中用于将先前复数PN码片与下一个复数PN码片之间的相位差限制在一个预定相位角内的装置进一步包括用于将先前复数PN码片与下一个复数PN码片之间的相位差限制在90°内的装置。
13．根据权利要求9的生成复数伪随机序列的系统，其中用于将先前复数PN码片与下一个复数PN码片之间的相位差限制在一个预定相位角内的装置进一步包括用于对先前复数PN码片的相位加上90°或减去90°从而产生下一个复数PN码片的装置。
14．根据权利要求13的生成复数伪随机序列的系统，其中用于对先前复数PN码片的相位加上90°或减去90°从而产生一个下一个复数PN码片的装置进一步包括响应于先前复数码片值而用于对先前复数PN码片的相位加上90°或减去90°从而产生下一个复数PN码片的装置。
15．根据权利要求13的生成复数伪随机序列的系统，其中用于对先前复数PN码片的相位加上90°或减去90°从而产生一个下一个复数PN码片的装置进一步包括用于根据预先选择的序列对先前复数PN码片的相位加上90°或减去90°从而产生下一个复数PN码片的装置。
16．根据权利要求9的生成复数伪随机序列的系统，其中用于在复数PN序列发生器中周期性地选择一个码片时间的装置进一步包括用于在复数PN序列发生器中周期性地在一串M个连续的码片时间内选择N个码片时间的装置。
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