CN1294704C - 减少符号间干扰的扩展频谱的通信、发送和接收方法 - Google Patents

Abstract

扩展频谱通信系统中，发射机使用扩展码字由信源符号来得到已扩数字符号。这些已扩数字符号被发送到接收机，接收机使用解扩装置获得原始发送信源符号。扩展频谱传输系统存在一个问题，即由于多径传输而造成所谓的符号间干扰。这种符号间干扰会导致比特错误率的上升。本发明的传输系统建议使用比扩展码字短的解扩码字，这样，在由带有解扩码字的不同符号产生的信号之间不会发生重叠。优选地，扩展码字包含解扩码字和前置码的级联。这种前置码可以是解扩码字一部分的循环排列。

Description

减少符号间干扰的扩展频谱的通信、发送和接收方法

本发明涉及一种包括发送步骤的扩展频谱通信方法，包含以下发送步骤：

按一个扩展码字由数字输入信号导出已扩数字信号；和

经由传输媒介发射该已扩数字信号；

该接收步骤包括：

经由该传输媒介接收该已扩数字信号；和

按一个解扩码字从该已扩数字信号导出该数字输入信号的拷贝。

本发明还涉及发送方法和接收方法。

序言中的这个传输系统可以从美国专利号5,970,588中得知。近年来，在移动电话中扩展频谱系统使用得越来越多。扩展频谱传输系统中，确定符号速率的数字输入信号与扩展码的一个码字相乘，导出相当高的符号速率的已扩数字信号。已扩数字信号调制到载波并发送到接收机，接收机对其输入信号进行解调以导出已扩数字信号。通过将已扩数字信号与解扩码字相乘实现对已扩数字信号的解扩，从而导出源信号的一个拷贝。移动电话系统中，对于不同的用户站可使用不同的扩展码字。将不同的用户站使用的扩展码字选定成相互正交，以避免用户站间的干扰。可以说，移动电话系统中扩展频谱通信能用于上行链路(移动终端到基站)和下行链路(基站到移动终端)。移动电话中的扩展频谱系统存在一个问题，即多径传输所产生的符号间干扰。当无线电信号的接收是经由一条直接路径和涉及反射的一条或多条间接路径时，便发生了多径传输。经由直接路径接收到的无线电信号的到达时间与经由一条间接路径接收到的无线电信号的到达时间是不同的。由于存在这个时间差异，与解扩码字相关的信号不仅包含要检测的当前符号的成分，也包含了前面符号和(或)后面符号的成分。这种符号间干扰会导致错误率的增加。

本发明的目的是提供序言中所说的一种扩展频谱通信方法，其中能减少多径传输造成的符号间干扰。

为达到所说的目的，本发明中的这种扩展频谱通信方法的特征在于，该解扩码字短于该扩展码字，该扩展码字包括解扩码字和多个添加的符号。

通过使用比扩展码字短的解扩码字来检测符号，解扩码字与前面码字和(或)后面码字的成分间的重叠减少。这会导致符号间干扰的数目减小。扩展码字的合适选择是使用带有多个添加的符号的解扩码字。这些添加的符号减少上述的重叠，并仍能容易地检测到已扩数字信号。

本发明的一个实施方案的特征在于，添加的符号包含解扩码字的一部分。使用解扩码的一部分能使扩展码对符号间干扰的敏感性降低。

应该注意到从US5,559,829(对应于FR9313477)中已知了一种构造扩展码的方法。由于US5,559,829公开于1996年9月24日，显然，至少从这一天起，本领域的技术人员已知如何去构造扩展码。US5,559,829在它的引言(第2栏，第13-15行)中公开了当在编码侧使用扩展码g(t)时，在解码侧应当使用该g(t)的复制品(拷贝)作为解扩码。因此，在US5,559,829中，扩展码和解扩码是相同的。与此不同，本发明的特征在于，扩展码和解扩码互不相同，扩展码包括解扩码加多个添加的比特。优选地，该多个添加的比特包括一部分该解扩码，在这种情况下这一部分解扩码在该扩展码中被重复使用。因此，本发明例如是在US5,559,829基础之上的继续发展，根据US5,559,829，本发明建立了一个基本扩展码和一个与该基本扩展码相同的基本解扩码，并且根据本发明将多个比特添加到该基本扩展码上，以便创建一个新的扩展码，根据本发明的该新扩展码不同于该基本解扩码。本发明不对基本解扩码添加比特，而是保持基本解扩码原样不变。

总括起来，本发明的技术方案包括：

(一)一种通信方法，包括发送步骤和接收步骤，

该发送步骤包括：

按一个扩展码字从数字输入信号导出已扩数字信号；和

经由传输媒介发射该已扩数字信号；

该接收步骤包括：

经由该传输媒介接收该已扩数字信号；和

按一个解扩码字由该已扩数字信号导出该数字输入信号的拷贝；

其特征在于，该解扩码字短于该扩展码字，该扩展码字包括该解扩码字和多个添加的符号。

(二)一种包括发送步骤的发送方法，该发送步骤用于包括该发送步骤和接收步骤的通信方法，

该发送步骤包括：

按一个扩展码字从数字输入信号导出已扩数字信号；和

经由传输媒介发送该已扩数字信号；

该接收步骤包括：

经由该传输媒介接收该已扩数字信号；和

按一个解扩码字从该已扩数字信号导出该数字输入信号的拷贝；

其特征在于，该解扩码字短于该扩展码字，该扩展码字包括该解扩码字和多个添加的符号。

(三)一种包括接收步骤的接收方法，该接收步骤用于一种包括发送步骤和该接收步骤的通信方法，

该发送步骤包括：

按一种扩展码字从数字输入信号导出已扩数字信号；和

经由传输媒介发送该已扩数字信号；

该接收步骤包括：

经由该传输媒介接收该已扩数字信号；和

按一个解扩码字从该已扩数字信号导出该数字输入信号的拷贝；

其特征在于，该解扩码字短于该扩展码字，该扩展码字包括该解扩码字和多个添加的符号。

下面结合附图对本发明进行解释。

图1是说明了按照本发明的一个其中使用了瑞克接收机的传输系统的框图。

图2说明了现有技术的传输系统中一个包含三个多径成分的已扩信号。

图3说明了按照本发明的一个包含三个多径成分的已扩信号。

图4是一个曲线图，说明了现有技术的传输系统和本发明的传输系统的比特错误率与每个比特能量的关系。

图1的扩展频谱传输系统中，多个信号分别应用于发射机2中相应的编码器4...12，其中每个信号分别要被提供给用于不同的接收机。一般而言，编码器4...12包含信源编码器和信道编码器的组合，信源编码器用于压缩要发射的信号，信道编码器能检测和纠正传输错误。信源编码器可包含语音编码器、音频编码器和/或视频编码器。信道编码器比如是卷积编码器或分组编码器。

编码器12的输出符号应用到扩展装置(即乘法器14)的第一个输入。乘法器14将编码器12的每个输出符号与扩展码相乘，从而得到比编码器12输出信号的符号速率高得多的已扩数字信号。

要被提供给其他接收机的信号也被编码，并按扩展码字由扩展装置进行扩展。但不同接收机使用的扩展码字基本上正交，以便使相应的接收机能从它的输入信号中提取合适的信号。

乘法器6...14的输出应用于到加法器10，加法器10将不同的已扩数字信号合并成一个信号。加法器10的输出端连至调制器18的输入端，调制器18将组合的已扩数字信号调制到合适频率的载波上。调制器18的输出端与天线20相连，天线20将已调信号发送到接收机22、24和28。

天线20发射的信号能经由一条直接路径和一条或多条间接路径到达接收机22、24和28，间接路径的产生是因为存在如大楼、桥梁和高山等物体的反射。这种多径传输导致符号间干扰。

在接收机28中，天线26提供的信号应用于解调器30。解调器30解调接收的信号，并得到合并后的已扩数字信号的一个拷贝。所说的合并后的已扩数字信号的一个拷贝应用于串行级联的一些时延元件32、34和36。解调器30的输出信号也应用于瑞克接收机41的第一个支路38(也叫做分支)的第一个输入信号。第一个时延元件32的输出与瑞克接收机41的第二个分支40相连。时延元件34的输出与瑞克接收机41的第三个分支相连，时延元件36的输出与瑞克接收机41的第四个分支的输入端相连。

瑞克接收机的每个分支38、40、42和44中，输入信号与对应于和接收机28相关的扩展码字的解扩码字相乘。按照本发明，解扩码字的长度比扩展码字的长度短，以便减少因发生多径传输而带来的符号间干扰。按照本发明，扩展码字包含解扩码字以及附加到该解扩码字上的一个前置码。这个前置码可以是固定的前置码，但最好是扩展码字的一个循环连续。这意味着，当需要N个符号的前置码时，前置码包含扩展码字的最后N个符号的倒序排列。

瑞克接收机的每个分支38、40、42和44负责接收接收信号的一个多径成分。因此它从同步和信道估计单元49接收到一个延迟了适当时间的解扩序列。更进一步，瑞克接收机的每个分支中的信号与一个对应其长度的值相乘。这样，使得能够通过加法器48实现对分支38、40、42和44的输出信号的所谓的最大比合并。众所周知，采用最大比合并，瑞克接收机能达到最优性能。同步和信道估计单元49的结构已为本领域中的技术人员所熟知。可以看到，该单元中使用的解扩码字与应用于分支38、40、42和44的相同。

加法器48的输出应用于译码器50的输入端。译码器50先进行信道译码，随后进行信源译码，以便得到应用于发射机2输入端的信号的一个拷贝。

图2中，说明了在这里使用现有技术的扩展码的情况下接收机28的输入信号的三个分量52、54和56。现在的扩展码比如可以是一个最大长度LSFR码，这种码可以通过采用带有合适的反馈网络的移位寄存器而得到。这些分量52、54和56是经由具有不同信号时延值的不同传输路径而接收到的。现有技术的瑞克接收机中，接收信号在瑞克接收机41的四个分支的三个中与解扩码字相乘。这样，解扩码字就等于扩展码字“+1，+1，+1，-1，+1，-1，-1”。

第一个分支38中的解扩码字的序列对应于分量52中的非阴影部分。第二个分支40中的解扩码字的序列对应于分量54中的非阴影部分，而第三个分支42中的解扩码字的序列对应于分量56中的非阴影部分。

第i个分支的输出端的信号F_i可以写为：

F₀＝(7·h₀+h₂)·b₀-(h₁+2·h₂)·b_-1

F₁＝(7·h₁-h₀)·b₀-h₀·b_-1-h₀·b₁              (1)

F₂＝(7·h₂+h₀)·b₀-(h₁+2·h₀)·b₁

在(1)中，h_i是瑞克接收机第i个分支接收到的信号分量的长度，b_k对应输入信号表示的符号值，b₀是当前符号值，b_-1和b₁是前一符号值和下一符号值。从(1)可以看出，所有三个分支的输出信号中具有不同于当前符号b₀的其他符号(b₁，b_-1)的成分。这个(非期望)的成分叫做符号间干扰。这种符号间干扰会导致比特错误率的上升。

图3中，说明了在使用按照本发明的扩展码的情况下接收机28的输入信号的三个分量58、60和62。按照本发明的扩展码可包括一个最大长度LSFR码以及附加于该LSFR码上的前置码。按照图3的举例，扩展码字为“-1，-1，+1，+1，+1，-1，+1，-1，-1”，这包含了基本码字“+1，+1，+1，-1，+1，-1，-1”，以及前置码“-1，-1”。这一前置码包含了基本码字的最后部分的倒序排列。这些分量58、60和62是经由具有不同信号时延值的不同传输路径而接收到的。按照本发明的瑞克接收机中，接收信号在瑞克接收机41的四个分支的三个中与解扩码字相乘。这样，解扩码字就对应于基本码字“+1，+1，+1，-1，+1，-1，-1”。

第一个分支38中的解扩码字的序列对应于分量58中的非阴影部分的最后七个符号。第二个分支40中的解扩码字的序列对应于分量60中的非阴影部分的最后七个符号，而第三个分支42中的解扩码字的序列对应于分量62中的非阴影部分的最后七个符号。

第i个分支的输出端的信号F_i可以写为：

F₀＝(7·h₀-h₁-h₂)·b₀

F₁＝(7·h₁-h₀-h₂)·b₀    (2)

F₂＝(7·h₂-h₀-h₁)·b₀

从(2)可看出输出信号F₀、F₁和F₂都不再包含符号间干扰。这就将导致高信噪比下符号错误率的下降。

图4说明了比特错误率与信噪比间的函数关系，其中信噪比定义为每个比特能量E_b与噪声的频谱密度的比值。这些函数的计算是对长度为15个符号的基本扩展序列进行的。假定时延分布E[h·h^*]用1，0.5，2.5来代表。

曲线64表示了未采用扩展的窄带系统的比特错误率。曲线66表示了按现有技术的系统的比特错误率。从图3可见，对于所有信噪比，按现有技术的扩展频谱系统有较好的性能。然而也可以看出，按现有技术的扩展频谱系统的比特错误率具有大约为5·10^-4的比特错误底限值。曲线68表示了按照本发明的传输系统的比特错误率。从曲线68可看出，高信噪比情况下，按照本发明的系统在信噪比达到15dB以上时比特错误率基本上比较低，信噪比低于15dB时略高。可以想到，只在信噪比高于一个特定的门限值时才使用本发明的前缀。

Claims (3)

1.一种通信方法，包括发送步骤和接收步骤，

该发送步骤包括：

按一个扩展码字由数字输入信号导出已扩数字信号；和

经由传输媒介发射该已扩数字信号；

该接收步骤包括：

经由该传输媒介接收该已扩数字信号；和

按一个解扩码字从该已扩数字信号导出该数字输入信号的拷贝；

其特征在于，该解扩码字短于该扩展码字，该扩展码字包括该解扩码字和多个添加的符号。

2.一种包括发送步骤的发送方法，该发送步骤用于包括该发送步骤和接收步骤的通信方法，

该发送步骤包括：

按一个扩展码字从数字输入信号导出已扩数字信号；和

经由传输媒介发送该已扩数字信号；

该接收步骤包括：

经由该传输媒介接收该已扩数字信号；和

按一个解扩码字从该已扩数字信号导出该数字输入信号的拷贝；

其特征在于，该解扩码字短于该扩展码字，该扩展码字包括该解扩码字和多个添加的符号。

3.一种包括接收步骤的接收方法，该接收步骤用于包括发送步骤和该接收步骤的通信方法，

该发送步骤包括：

按一个扩展码字从数字输入信号导出已扩数字信号；和

经由传输媒介发送该已扩数字信号；

该接收步骤包括：

经由该传输媒介接收该已扩数字信号；和

按一个解扩码字从该已扩数字信号导出该数字输入信号的拷贝；

其特征在于，该解扩码字短于该扩展码字，该扩展码字包括该解扩码字和多个添加的符号。

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