CN1371552A - 无线通信装置中搜索时间的动态控制 - Google Patents

Abstract

由控制搜索过程控制微处理器资源利用,通过确定搜索窗口大小,访问查找表以确定积分区间和非相干通过数目,并命令搜索过程根据这些参数执行多路径搜索。查找表包括积分区间和根据搜索窗口索引的相应非相干通过数目,使得使得搜索过程的执行时间在各种搜索窗口大小上保持额定地恒定。

Description

无线通信装置中搜索时间的动态控制

I.发明领域

本发明涉及通信电话系统。尤其，本发明涉及无线通信装置中的信号搜索。

II.发明背景

无线通信系统可以包括多个远端站和多个基站。图1显示了带有三个远端站10A、10B、10C和两个基站12的地面无线通信系统的实施例。在图1中，显示的三个远端站是汽车中安装的移动电话单元10A、远程手提电脑10B、和例如可以在无线本地回路或仪表读数单元中找到的固定位置单元10C。远端站可以是任何类型的通信单元，例如手提个人通信系统单元、如个人数字助理的手提数据单元、或者是如仪表读数设备的固定位置数据单元。图1显示了基站12到远端站10的前向链路14，和远端站10到基站12的反向链路16。

使用各种多址技术中的一种，可以实现无线信道上远端站和基站之间的通信，多址技术便于在有限的频谱上有大量的用户。这些多址技术包括时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、和码分多址(CDMA)。题为“Mobile Station-Base Station Computability Standard for Dual-Mode Wideband SpreadSpectrum Cellular System”的TIA/EIA临时标准TIA/EIA/IS-95及其衍生标准(这里统称为IS-95)提出了CDMA的工业标准，其内容通过引用结合于此。美国专利号4,901,307题为“SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESSCOMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS”  (′307专利)的申请中揭示了涉及CDMA通信系统的附加信息，该申请转让给了本发明的受让人，其全部内容通过引用结合于此。

在′307专利中，揭示了多址技术，其中每个都具有收发机的多个移动电话系统用户通过使用CDMA扩频通信信号的基站进行通信。′307专利中揭示的CDMA调制技术提供了超过无线通信系统中所用其他调制技术，如TDMA和FDMA，的很多优点。例如，CDMA允许多次复用频谱，因此允许增加系统用户容量。此外，CDMA技术的使用允许通过减轻多路径的不利影响，例如衰落，克服地面信道的特殊问题，并开发其优点。

在无线通信系统中，当信号在基站和远端站之间传输时，它可以通过几个不同的传播路径进行传播。无线信道多路径特征产生的信号向通信系统提出了挑战。多路径信道的一个特征是在通过信道发射的信号中引入时间扩展。例如，如果通过多路径信道发射理想脉冲，那么接收到的信号显示为脉冲流。多路径信道的另一特征是通过信道的每个路径都会产生一个不同的衰减因数。例如，如果通过多路径信道发射理想脉冲，那么接收到的脉冲流中的每个脉冲一般具有与其他接收到的脉冲不同的信号强度。多路径信道的另一特征是通过信道的每个路径可以在信号上引起不同的相位。例如，如果通过多路径信道发射理想脉冲，那么接收到的脉冲流中的每个脉冲一般具有与其他接收到的脉冲不同的相位。

在无线信道中，通过信号从环境中障碍的反射产生多路径，例如建筑物、树、汽车和人。因此，由于产生多路径的结构的相对移动，无线信道一般是时变多路径信道。例如，如果通过时变多路径信道发射理想脉冲，那么接收到脉冲流的时间延迟、衰减和相位作为理想脉冲发射时间的函数都发生变化。

信道的多路径特征可以影响远端站接收到的信号，并产生信号的衰落等。衰落是多路径信道相位特征的结果。当多路径向量破坏性地增加，使得接收信号的振幅小于各个个别向量时，发生衰落。例如如果通过具有两个路径的多路径信道发射正弦波，其中第一路径的衰减因数为XdB，相位移动为θ弧度时时间延迟为δ，第二路径的衰减因数为XdB，相位移动为θ+π弧度时时间延迟为δ，那么在信道输出处接收不到信号，因为两个信号的振幅相等，相位相反，彼此抵消。因此，衰落对无线通信系统的性能会产生严重的负面影响。

可以优化CDMA通信系统，用于在多路径环境中工作。例如，用高频伪噪声(PN)序列调制前向链路和反向链路信号。PN调制允许通过使用“瑞克”接收机设计分别接收相同信号的多个不同多路径实例。在瑞克接收机中，可以将一组解调单元中的每个单元分配给信号的各个多路径实例。然后，组合解调单元的解调输出，以产生组合信号。因此，在组合信号经历强衰落之前，所有的多路径信号实例必定一同衰落。

在远端站，微处理器可用于将解调单元分配给可获得的多路径信号实例。搜索引擎可用于将数据提供给与接收到信号的多路径分量相关的微处理器。搜索引擎测量基站发射的导频信号的多路径分量的到达时间和振幅。多路径环境对导频信号和数据信号的影响相同。通过确定多路径环境对导频信号的影响允许微处理器将解调单元分配给数据信道的多路径信号实例。

搜索引擎通过“搜索”一系列潜在的路径偏移并测量每个潜在路径偏移处接收到的导频信号的能量，确定导频信号的多路径分量。微处理器评价与潜在偏移关联的能量，如果它超过某个阈值，就将信号解调单元分配给该偏移。美国专利号5,490,165题为“DEMODULATION ELEMENT ASSIGNMENT IN ASYSTEM CAPABLE OF RECEIVING MULTIPLE SIGNALS”的申请中揭示了基于搜索器能量电平的解调单元的分配方法和装置，该申请转让给了本发明的受让人。

图2显示了从基站到远端站的单个导频信号的典型多路径信号实例组。垂直轴表示接收到的功率，单位为分贝(dB)。水平轴表示由于多路径延迟而引起的信号实例到达时间的延迟。进入纸面的轴(未图示)表示时间片断。纸上公共平面中每个信号尖峰以公共时间到达远端站，但是基站是在不同时刻发射它们的。每个信号尖峰22-27通过不同路径传播，因此显示出不同的时间延迟、不同的振幅和不同的相位响应。尖峰22-27表示的六个不同信号尖峰显示出严重的多路径环境。典型的市内环境产生较少的有用路径。具有较低能量等级的峰值和低谷表示系统的噪声下限。搜索引擎的任务是识别信号尖峰22-27中水平轴衡量的延迟和垂直轴衡量的振幅，用于潜在解调单元的分配。

如图2所示，每个多路径峰值的振幅都作为时间的函数而变化，如每个多路径峰值的不均匀脊所示。在所示的有限时间内，在多路径峰值中没有较大的变化。在进一步延伸的时间范围上，多路径峰值消失，并且随着时间的发展产生新的路径。多路径峰值可能合并或者混合成时间上的宽峰值。系统微处理器通过一组称为搜索窗口的偏移逐步安排搜索引擎，搜索窗口可能包括适于分配给解调单元的一个或多个多路径信号峰值。对于每个偏移，搜索引擎将其在该偏移处发现的能量回报给微处理器。然后，微处理器将解调单元分配给搜索引擎识别出的路径(也就是，移动它们的PN产生器的定时参考，使之对准所发现路径的定时参考)。一旦解调单元锁定了其分配到的偏移处的信号，那么它自己跟踪该路径，而无需微处理器的监控，直到该路径衰落掉，或者直到微处理器将解调单元分配给另一条路径。

在基于CDMA、IS-95工业标准的通信系统中，多个基站中的每一个都发射具有公共PN序列的导频信号。每个基站发射与邻近基站在时间上有偏移的导频信号，因此在远端站可以区别不同的信号。在任何给定的时刻，远端站可以从多个基站接收多个信号。通过使用在远端站处产生的PN序列的拷贝，远端站可以搜索整个PN空间。通过使用该搜索结果，微处理器可以根据时间偏移区别多个基站。

图3显示了水平轴上PN空间的延伸部分。峰值组30、32和34表示三个不同基站所发射的。如图所示，来自每个基站信号的信号经历了不同的多路径环境。此外，每个基站具有与PN参考36不同的PN偏移。因此，微处理器可以为任何一个识别出的基站选择对应于搜索窗口的一组PN偏移。这样允许远端站通过适当地分配解调单元而同时解调来自多个基站的信号。

随着远端站在基站覆盖区域周围的移动，多路径环境经常变化。根据需要设置必须执行的搜索次数，以足够快地找出多路径，使得解调单元能较好地利用路径。随着多路径环境的变化，搜索引擎必须快速地完成搜索，以支持解调单元的分配。然而，搜索完成之后，微处理器必须评价搜索结果并将新的搜索参数传送到搜索引擎，用于下一次的搜索。该新搜索参数的评价和传送大大消耗了微处理器的资源。由于较快地完成搜索，因此缩短了周期，在搜索评价过程和另外服务于搜索引擎的过程中需要过量的微处理器资源。搜索引擎所用微处理器资源的增加会最终导致无法执行较低优先级的任务，以接收远端站适当工作所需的适当微处理器资源。

因此，本领域中需要一种用于控制搜索引擎的方法和装置，用于控制搜索引擎调节用于控制搜索过程专用的微处理器资源量，同时仍然实现搜索过程所要求的必要性能。

                         发明内容

本发明改进了无线通信系统中远端站的微处理器资源分配。根据本发明，微处理器通过选择适当的搜索参数而控制搜索持续时间。搜索持续时间影响服务于搜索引擎所需的微处理器资源部分。如果搜索持续时间太短，那么过量的微处理器资源可用于搜索引擎或搜索过程。在本发明中，控制搜索持续时间，使之额定地恒定或者为期望的持续时间，而不依赖于搜索窗口大小。通过使搜索持续时间不依赖于窗口大小，允许微处理器保持相对恒定(或期望)的来自搜索引擎的负荷，即使搜索要求指出不同的搜索窗口大小。搜索持续时间的该控制是有利的，因为它向微处理器提供了对搜索引擎所施加负荷的控制。

根据本发明，使用各种标准(如当前无线链路工作条件)的微处理器确定期望的搜索窗口大小。通过使用搜索窗口大小作为索引，微处理器从查找表中检索出一组搜索参数，并将这些参数传送给搜索引擎。选择查找表中的搜索参数，以产生几乎恒定的搜索，或不依赖于搜索窗口大小的期望持续时间的搜索。

查找表中的搜索参数包括积分区间和非相干通过的数目。积分区间确定了搜索引擎通过搜索窗口步进时，搜索引擎在搜索窗口中每个PN偏移中“驻留”并积分信号能量的周期。非相干通过的数目定义搜索引擎步进通过由搜索窗口所指定的PN偏移的次数。因为积分区间和非相干通过数目影响处理完整搜索所需的时间，所以可以通过选择这些参数控制搜索窗口的持续时间。可以建立对应于一个额定搜索持续时间的单个查找表，或者可以建立一组查找表，其中每个表都具有对应于不同搜索持续时间的积分区间和非相干通过的值。

                         附图概述

通过结合附图，从以下的详细描述中本发明的特征、目的和优点将更加明显，附图中类似的标号标识对应的部分，其中：

图1是显示典型现代无线通信系统的框图。

图2是显示从单个基站到远端站的导频信号的示例多个信号实例组的曲线图。

图3是显示从多个基站到远端站的导频信号的示例多个信号实例组的曲线图。

图4是远端站搜索系统的框图。

图5是显示搜索参数查找表的数据结构的图表。

图6是显示使用多个搜索参数查找表的本发明实施例的图表。

图7是显示远端站搜索系统中微处理器和搜索引擎工作的流程图。

图8是显示搜索引擎所用相对微处理器资源的曲线图。

                       本发明的详细描述

本发明改进了无线通信系统中远端站的微处理器资源分配。根据本发明，微处理器确定期望的初始PN偏移和期望的搜索窗口大小。通过使用搜索窗口大小作为索引，微处理器从查找表中检索一组搜索参数，并将这些参数传送到执行搜索过程的单元，如搜索引擎。选择查找表中的搜索参数，以产生几乎恒定的搜索，或期望的持续时间，而不依赖于搜索窗口大小。

相对于图4，描述搜索过程的一个实施例。在搜索过程开始时，微处理器40确定搜索窗口的期望初始PN偏移和期望搜索窗口大小，例如根据用于信号搜索的众所周知的技术。该确定步骤之后，微处理器40使用搜索窗口作为索引，从查找表42中检索搜索参数。搜索参数包括积分区间和非相干通过的数目。积分区间确定搜索引擎通过搜索窗口步进时，搜索引擎在搜索窗口中每个PN偏移中“驻留”，并积分信号能量的周期。非相干通过的数目定义了搜索引擎通过搜索窗口所指定的PN偏移步进的次数。因为积分区间和非相干通过数目影响处理完整搜索所需的时间，所以可以通过选择这些参数来控制搜索持续时间。一般，较长的积分区间产生较好的信噪比。然而，如上所述，如果多路径环境中由于多路径向量破坏性地相加而产生衰落，那么较长的积分区间可能不能改进信噪比。通过增加非相干通过的数目可以改进搜索结果，因为多路径环境可以在允许检测多路径实例的通过之间变化，在同一搜索的下一通过期间多路径实例在被检测的初始通过上衰落。

图5显示了搜索参数查找表50中数据结构的一个实施例。查找表包括三列数据52、54和56。列52包括搜索窗口的大小。微处理器使用搜索窗口大小作为表格的索引。对应于搜索窗口大小，列54包括积分区间值，列56包括非相干通过数目的值。查找表的每一行包括对应于该行的列52中搜索窗口大小的积分区间和非相干通过数目的预定值。

选择搜索窗口的大小，积分区间和非相干通过的数目确定了搜索持续时间。如下所述，搜索持续时间将影响搜索过程向微处理器40施加的负荷要求。因此，控制搜索持续时间将提供对微处理器40上负荷要求的一些控制。

为了获得不依赖搜索窗口大小的恒定或期望的搜索持续时间，确定对应于搜索窗口大小的积分区间和非相干通过数目的值。已知搜索引擎从一个PN值步进到搜索中的下一PN值的速率和搜索窗口大小，可以确定适当积分区间和非相干通过数目的值。在图5所示的实施例中，将对应于搜索窗口的积分区间和非相干通过数目的预定值装入单个查找表42。因此，通过从查找表42中获得搜索参数，微处理器40可以确保工作中恒定或期望的搜索持续时间。在另一实施例中，只有非相干通过数目或者积分区间发生变化而非都发生变化，以确定搜索持续时间。

在另一实施例中，如图6所示，其中有多个查找表42A-42N。每个独立的查找表包括对应于相同搜索窗口大小中不同搜索持续时间的积分区间和非相干通过数目的值。也就是说，查找表42A可以包括对于任何搜索窗口大小产生例如大约1毫秒(msec)搜索持续时间的积分区间和非相干通过数目。查找表42B可以包括对于任何搜索窗口大小产生例如大约2msec搜索持续时间的积分区间和非相干通过数目。其它的表格可以包括对于相同大小的搜索窗口为了产生不同持续期的搜索的积分区间和非相干通过数目。因此可以建立对于相同大小的搜索窗口产生不同搜索持续时间的一组查找表42A-42N。该特征允许微处理器40通过使用适当的查找表42A-42N，从一组可获得的搜索持续时间中为选中的搜索窗口大小选择期望的搜索持续时间。

在另一实施例中，微处理器40可以“运行中”确定搜索参数。也就是说，微处理器40可以根据搜索窗口大小计算期望的积分区间和非相干通过数目。因此微处理器40通过选择积分区间和非相干通过数目的适当值可以产生恒定的搜索持续时间。

远端站可以控制搜索持续时间，以有效地分配微处理器资源。当微处理器服务于搜索过程时，微处理器不能服务于其它任务。如果可以增加搜索持续时间，而不牺牲搜索结果，那么更多的微处理器资源可用于其它任务。以上引用的与本申请同时提交的美国专利申请序号09/346,369题为“DYNAMICALLOCATION OF MICROPROCESSOR RESOURCES IN A WIRELESS COMMUNICATIONDEVICE”的申请中揭示了涉及远端站中微处理器资源分配的附加信息。

在选择了期望的搜索参数之后，微处理器40将初始PN偏移、搜索窗口大小和搜索参数从表格传送到搜索引擎44。搜索引擎44使用搜索参数，根据众所周知的技术执行搜索。例如在搜索过程期间，搜索引擎44步进通过搜索窗口。在图2中，可以认为延迟的水平轴是PN码片偏移。时间片段21表示搜索窗口。搜索窗口的开端从参考PN时刻起延迟对应于初始PN偏移之后多个码片的周期。搜索窗口的大小确定搜索窗口的长度。在搜索过程期间，搜索引擎44步进通过搜索窗口。在每个半码片偏移处，在积分区间所定义的周期内搜索引擎44解调、集成并测量信号功率。在步进通过整个搜索窗口之后，如果非相干通过数目的值大于1，搜索引擎44执行另一通过同一搜索窗口的搜索。在这种情况下，搜索引擎44连续步进通过搜索窗口，并将在每个PN偏移处测量到的信号功率和先前测量到的信号功率组合，直到将搜索窗口搜索了非相干通过数目所定义的次数。

完成搜索任务之后，搜索引擎44收集到包括在搜索窗口中每个PN偏移处所测量到功率的表格。然后将表格的全部或部分传送给微处理器40，用于评价。基于搜索结果的评价，微处理器40可以分配或重新分配解调单元46。例如，如果多路径环境已经改变，那么微处理器46可以将解调单元46重新分配给新的PN延迟，或不分配解调单元46。

图7是本发明一个实施例的流程图，它显示了微处理器40和搜索引擎44在搜索过程期间所执行的任务。在框70中，通过使用各种标准，微处理器40根据众所周知的技术选择期望的PN偏移和搜索窗口大小。在框72中，使用选中的搜索窗口大小作为索引，微处理器40引用查找表42，以检索相应的积分区间和非相干通过数目。在框74中，微处理器40将初始PN偏移、搜索窗口大小和搜索参数传送给搜索引擎44。在框76中，搜索引擎44接收来自微处理器40的初始PN偏移、搜索窗口大小和搜索参数。在框78中，搜索引擎执行搜索过程。

在框80中，搜索引擎建立搜索结果表格。当在框80中完成了搜索表格后，搜索引擎44中断微处理器40。在框84中，微处理器40确认搜索引擎44的中断。在框86中，微处理器分析搜索结果。在框70中，微处理器40选择新的初始PN偏移和新的搜索窗口大小，并重复以上过程。

图8显示了以上实施例所述的微处理器40资源分配。在图8中，水平轴表示时间。时间片段90表示微处理器专用于搜索过程的时段，它对应于图7中的框70-74和84-86。在时间片段90期间，微处理器40专用于对搜索过程服务，分析搜索结果并确定新的搜索参数等等，这时它不能执行其它任务。在时间片段92期间，正在执行搜索，搜索过程不需要任何微处理器40资源。因此在时间片段92期间，微处理器40资源可用于执行其它任务。时间片段92对应于图7的框76-82。

如图8所示，如果时间片段92的持续时间减小，假设微处理器服务于搜索过程的持续时间保持几乎恒定，那么搜索过程将消耗较高的总微处理器40资源百分比。因此，为了确保不使过量微处理器40资源专门服务于搜索过程，应当选择对应于搜索窗口大小的适当积分区间和非相干通过数目。通过选择适当的值，可以将搜索持续时间控制在恒定或其它期望的周期，并允许充分的微处理器40资源用于其它活动。

涉及搜索过程、解调单元分配和搜索引擎的更多信息可以在以下申请中找到：

(1)美国专利号5,644,591，题为Method and Apparatus for PerformingSearch Acquisition in a CDMA Communications System；

(2)美国专利号5,805,648，题为Method and Apparatus for PerformingSearch Acquisition in a CDMA Communication System；

(3)美国专利号5,706,768，题为Method and System for Customizinga User Interface in a Computer System；

(4)美国专利号5,867,527，题为Method of Searching for a BurstySignal；

(5)美国专利号5,764,687，题为Mobile Demodulator Architecture Fora Spread Spectrum Multiple Access Communication System；

(6)美国专利号5,577,022，题为Pilot Signal Searching Technique fora Cellular Communications System；

(7)美国专利号5,577,022，题为Cell Site Demodulation ArchitectureFor a Spread Spectrum Multiple Access Communication Systems；

(8)1997年12月9日提交的申请号08/987,172，题为Multi ChannelDemodulator；和

(9)1999年3月31日提交的申请号09/283,010，题为ProgrammableMatched Filter Searcher；

这些申请都转让给了本发明的受让人，通过引用全文结合于此。

考虑到以上各点，应该理解本发明通过提供对应于搜索窗口大小选择的适当积分区间和非相干通过数目，克服了控制无线远端站中搜索持续时间的问题。

以上描述详细说明了本发明的某些实施例。然而应该理解不管以上如何详细，不脱离本发明的精神和本质特征，还可以以其它特殊形式实现本发明。应该认为所述的实施例的各方面都只是说明性的，而非限制性的，因此由以下的权利要求书指定本发明的范围，而非以上的描述。权利要求书等效装置和范围中的所有变化都包含在其范围内。

Claims (3)

1.一种用搜索过程控制微处理器资源利用的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

确定搜索窗口大小；

访问查找表，以确定积分区间和非相干通过数目；和

命令搜索过程根据搜索窗口大小、积分区间和非相干通过数目执行多路径搜索。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述查找表包括多个积分区间和根据搜索窗口索引的相应非相干通过数目，使得搜索过程的执行持续时间在各种搜索窗口大小上额定地保持恒定。

3.一种用搜索过程控制微处理器资源利用的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

确定搜索窗口大小；

确定第二搜索参数，使得搜索过程的执行时间在各种搜索窗口大小上额定地保持恒定。

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