CN1463505A - 时延锁定环路中可变的提前－滞后间隔 - Google Patents

Abstract

瑞克接收机跟踪通过通信网络发送的多径信息信号的分量。瑞克接收机对齐并且实现分量与在发射机一侧初始用于扩展信息信号的码序列的本地生成复制序列之间的同步。瑞克接收机利用码序列前移的复制序列得到提前解扩信号。复制序列可以经过可变时延的前移。瑞克接收机还利用码序列后移的复制序列得到滞后解扩信号。复制序列经过相同可变时延的后移。可变时延可以任意选择或者在一组预定取值中选择。可以选择预定取值，使得能够实现跟踪过程的最优化。

Description

时延锁定环路中可变的提前-滞后间隔

发明领域

本发明涉及到用于跟踪多径信号中分解的分量的方法。

本发明还涉及到用于跟踪多径信号中分解的分量的装备和瑞克接收机。

本发明还进一步涉及到包含这类瑞克接收机在内的设备。该设备可以是移动电话。

本发明最终涉及到用于执行本发明方法的软件应用。

本发明可以涉及到利用码分多址接入技术的蜂窝网络内的通信信号的处理，用于跟踪从基站到移动台的多径信号的码时延。本发明还可以被用于移动通信设备内的瑞克接收机，用于分解并且跟踪发送信号的多径分量的到达时延。

背景技术

蜂窝通信中可以使用多种多址接入技术。第一组这类技术中包含例如频分多址接入(FDMA)技术和时分多址接入(TDMA)技术等的窄带信道化技术。在FDMA通信系统中，在呼叫期间，为每个用户分配预留用于上行链路通信(从移动台到基站)的带宽内的第一指定子频段或信道，并且为用户分配预留用于下行链路(从基站到移动台)通信的带宽内的第二子频段或信道。在TDMA系统内，为每个用户分配不同的时隙，并且授权用户可以去访问全部预留的子频段。

第二组多址接入通信技术包括宽带信道化技术。其中码分多址接入(CDMA)技术已经被广泛地称作标准。CDMA允许每个用户在完整的呼叫期间，使用全部的带宽。

CDMA是扩展频谱技术，这意味着信息信号内所包含的信息将被扩展到比原始信号带宽大得多的带宽内。在直接序列扩展频谱(DS-SS)技术中，发射机内利用伪随机二进制序列，即时钟周期(所谓的码片周期)为T的码序列(其中Tb＞＞T)，把数据速率为Tb的信息信号复用在一起。这样的结果就是：信号的带宽被增加Tb/T倍。然后，在更宽的带宽内传送扩频信号，与相应的解扩信号相比，扩频信号的功率谱密度会更低。码序列独立于信息信号，并且是发射机和接收机公认已知的。

在接收机内，为了可以恢复出信息信号，必需对接收到的宽带扩频信号进行解扩。通过计算扩频信号与发射机内使用的码序列的精确复制序列之间的相关，可以实现信号的解扩。该复制序列必须与接收到的扩频信号保持同步。接收机内本地生成码序列的复制序列，并且必须与接收扩频信号在一个码片内对齐和同步。

码同步可以分为两步来执行：码捕获，然后再实施精确码跟踪。捕获可以降低接收扩频信号与本地生成的码序列之间的对齐定时偏差，使其小于一个码片周期。跟踪则在更精确的程度上，对齐两个信号并且维持两个信号之间的同步。

在例如市区或郊区区域等的实际通信环境中，无线信号沿发射机与接收机之间的传输路径，会受到各种物体对象的反射和散射。因此当从基站向移动台进行发送时，上述的扩频信号会碰到多径环境。此外，沿不同路径到达的信号的相位消除可以导致非常严重的衰落，并且可以降低接收信号的功率。然而，CDMA可以在这种衰落环境中提供强壮的可操作性。确实，CDMA可以利用多径衰落的好处，用于提高通信和语音质量。出于这一目的，在每个移动台内都会存在瑞克接收机，并且该接收机允许选择来自基站的最强多径信号。为最强的多径信号估计传输时延，并且估计到的时延被分配给瑞克接收机的特定“分支”。分支是在分配给该分支的估计时延的基础上，实施接收扩频信号与本地生成码序列的版本之间的相关运算的处理元件。然后，分支的输出经过加权，并且相干合并，生成增强的信号。这样，就可以利用信道的多径特性，在CDMA内获得分集的好处。

发明概述

本发明的目的在于提供跟踪方法，能够提供快速并且健壮的码序列同步。

为实现这一点，本发明的方法中包含：

利用提前第一可变时延的本地生成码序列，对分解的分量进行解扩，获得提前解扩信号；

利用滞后第二可变时延的本地生成码序列，对分解的分量进行解扩，获得滞后解扩信号；以及

根据提前解扩信号和滞后解扩信号，推导得到校正信号，去控制跟踪。

在本发明中，得到提前和滞后解扩信号，以允许跟踪分解的分量，并且实现分解的分量与本地生成码序列之间的同步。运行所得到的提前和滞后解扩信号的比较算法是公认已知的过程，它可以允许确定分解的分量与生成码序列是不是即时的，如果不是，该过程就会提供校正项，以实现两个信号的同步。通过计算分解的分量与事先提前的码序列之间的相关，可以得到提前解扩信号。码序列可以被前移第一可变时延。通过计算分解的分量与事先滞后的码序列之间的相关，可以得到相关的滞后解扩信号。为了获得这种滞后解扩信号，码序列可以被推后第二可变时延。本发明者已经认识到：改变第一和第二时延，能够允许改善分解的分量的跟踪性能。本发明的好处在于可以改善分解的分量的跟踪及其与码序列之间的同步性能。

在本发明实施例内，第一和第二时延基本上相等。

在本发明的另一实施例内，可变时延可以从多个预定取值中随机选择。在该实施例内，可以为第一和第二时延确定多个预定取值，使得这些预定取值能够为各种质量级别的接收多径信号提供有效的跟踪结果。然后，这些预定取值能够被用于实现码序列与分解的分量之间的同步。

在本发明的另一实施例内，第一和第二可变时延可以表示接收多径信号的信号质量。在该实施例内，为接收信息多径信号确定质量指示符，例如信号强度指示符，而且分别自适应地调整用于确定提前和滞后解扩信号的可变时延的取值，从而在可变信号质量级别的条件下，提供最佳性能。

本发明的瑞克接收机内还包括：

用于通过把本地生成的码序列提前第一可变时延，得到提前码序列的前移装置；

用于利用提前码序列对分解的分量进行解扩，得到提前解扩信号的第一相关装置；

用于通过把本地生成的码序列滞后第二可变时延，得到滞后码序列的后移装置；

用于利用滞后码序列对分解的分量进行解扩，得到滞后解扩信号的第二相关装置；以及

用于根据提前和滞后解扩信号得到校正信号，去控制跟踪的调整装置。

附图简述

通过实例并且参考附图，进一步解释本发明，附图中包括：

图1是通信系统；

图2是接收机的框图；

图3是接收机的框图；

图4是本发明接收机的瑞克分支的框图；

图5是本发明的时延生成器；以及

图6是解扩分量的能量示意图。

附图内具有相同或相应特征的元素由相似的参考数字表示。

优选实施例

图1是本发明的通信系统100，其中包括与至少一个第二收发信机300进行通信的第一收发信机200。收发信机200可以是基站，而且收发信机300可以是例如手机或CDMA蜂窝通信系统内的蜂窝电话等的移动台。收发信机200和300包含各自用于发送信息信号的发射机T200和T300，并且包含各自用于接收信息信号的接收机R200和R300。发射机T200经过天线210，发送通过与伪随机噪声码序列进行相关而扩频的信息信号S。信号S还通过与载波频率fc的载波信号相关而进行事先调制。收发信机300的天线310可以接收扩频信号S。

当从发射机T200向接收机R300进行发射时，信号S会经历多径传播。在该实施例中，信号S会受到山脉110和建筑物120的反射和散射。扩频信号S是至少两个多径信号S1和S2的叠加结果。多径信号S1和S2具有不同的传播路径和不同的传播时延。假设信号S1和S2所经历的路径衰耗和相位偏移是有随机特征的，并且是相互独立的。这样的结果就是：信号S可以被称作多个经历随机衰耗和相位旋转的信号的叠加，其中包含信号S1、S2以及其它信号。

图2是接收机R300的框图。天线310接收从基站200发出的信号S，并且把它输入到接收机R300的载波解调电路305。信号S经过RF接收机320，并且随后由分离器330进行处理，用于分离两路无线信号I1和Q1。在相关器340内，利用振荡器360的振荡器输出fc对无线信号I1进行解扩，得到同相解调基带信号I2。在相关器350内，利用相位偏移器370内旋转π/2的振荡器输出fc对无线信号Q1进行解扩，得到正交解调基带信号Q2。基带信号I2和Q2分别经过低通滤波器380和390，用于提供信道选择性。两个经过滤波的信号I和Q被提供给瑞克接收机400，用于多径分量的分解，以及分集合并形成信号R。

图3是接收机R300的另一个框图。接收机R300内包含载波解调电路305，用于提取同相和正交分量I和Q，再称作复信号S*发送给瑞克接收机400。瑞克接收机400内包含三个瑞克分支410、412和414。分别为每个分支410-414分配接收信号S的多径分量S1、S2和S3，用于进行捕获和跟踪。可以只把瑞克分支410-414分配给最强的多径分量。瑞克接收机400还包含用于合并由分支410-414所分解的多径分量S1-S3，以提供分集效应的最大比组合装置416。结果得到的信号就是信号R。

图4是表示本发明的瑞克分支410-414的实施例的电路框图。瑞克分支410-414在初始阶段采用捕获模式。捕获操作在捕获单元422内执行，用于实现码序列的复制序列C1与分配给分支410-414的多径分量S1-S3之间的同步。码序列C1可以由在发射机一侧，最初用于扩展信息信号S的码序列的复制序列C得到。码序列C在伪随机噪声生成器426内生成。通过在时间移动器424内把从生成器426接收到的码序列C延时可变时延D，可以得到码序列C1。在本发明内，时延D是可变的。通过在相关器420内计算信号S*与码序列C1的相关，对分量S1-S3进行解扩。捕获过程为多径分量S1-S3提供半个码片精度内的同步。

此后在跟踪模式内，瑞克分支410-414在校正信号CORR的基础上，维持码序列C1与所分配的多径分量S1-S3的对齐。基带信号I和Q被以复数输入信号S*的形式提供给瑞克分支410-414。然后信号S*被分为两条支路，用于分别确定提前和滞后解扩信号E和L。

通过在相关器430内利用码序列C，对接收扩频信号S*进行第一次解扩，可以得到提前解扩信号E。如上所述，针对实际用于在相关器420内对分量S1-S3进行解扩的码序列C1来说，发送到相关器430的码序列C将会被提前一个时延D。这样的结果是：信号E被称作“提前”解扩信号。然后，通过在低通滤波器434内对相关器430的输出信号进行处理，并且在平方设备438内对复数量值进行平方，确定提前解扩信号E。所得到的提前解扩信号E表示在假设分量S1-S3的能量峰值出现之前的分解的分量S1-S3的能量值。

对称地，通过在相关器4 32内利用码序列C的版本(version)C2，对接收到的扩频信号S*进行第一次解扩，可以得到滞后解扩信号L。码序列C2在被送到相关器432之前，需要在时间移动器428内经过基本上等于2D的可变时延的延时。这样，针对发送给相关器420的码序列C1来说，发送给相关器432的码序列C2就被滞后时延D。因此，提前和滞后解扩信号E和L之间的定时间隔就基本上等于2D。然后，通过在低通滤波器436内对相关器432的结果输出进行处理，并且在平方设备440内对复数量值进行平方，就可以得到滞后解扩信号L。滞后解扩信号L表示在假设分量S1-S3的能量峰值出现之后的解扩的分解的分量S1-S3的能量值。

然后，提前和滞后解扩信号E和L被输入到时延检测器442。时延检测器442可以是例如数字处理单元。时延检测器442处理两个信号E和L，并且确定对所分配多径分量S1-S3进行跟踪的提前-滞后状态。然后该结果被提供给环路滤波器444，其中得到适当的校正信号CORR，并且传递给生成码序列C的伪随机噪声生成器426。校正信号CORR允许监测码序列C的相位，使得码序列C或者更精确的码序列C1能够保持与所分配的分量S1-S3之间的同步。

如上所述，根据信号S*与自适应对齐的码序列C1之间的相关，可以在相关器420的输出中得到解扩分量S1-S3。本发明的范围还包括：考虑一个实施例，其中使用不同的时延，以得到提前和滞后解扩信号E和L。这样在该实施例内，针对输入到相关器420、用于对分量S1-S3进行实际解扩操作的码序列的版本来说，输入到相关器430的码序列经过第一时延的时间移动(提前)，而且针对输入到相关器420、用于对分量S1-S3进行实际解扩操作的码序列的版本来说，输入到相关器432的码序列经过第二时延(不同于第一时延)时间移动(滞后)。

图5是用于生成可变时延D的装置的实施例。在该实施例内，时延D可以采用三个取值D1、D2和D3。取值D1-D3可以通过实验进行选择，以实现对各种质量级别的接收多径信号S的分解的分量S1-S3的跟踪的最优化。其中一个给定取值被选中的次数可以多于其它预定数值，从而进一步优化跟踪过程的性能。例如，在每隔一次提前和滞后解扩信号E和L的计算中，就选择取值D3，在其余计算中交替地选择取值D1和D2。为了做到这一点，生成装置内包含第一随机生成器500和第一切换控制510。切换控制510向时延移动器424和428发送时延D的选择取值。随机生成器500允许一方面在取值D3，另一方面在取值D1和D2之间进行随机选择。生成装置还包含第二随机生成器520和第二切换控制530。随机生成器520允许在取值D1和D2之间进行随机选择，其中所选择的取值D1或D2被切换控制530发送给切换控制510。这样，可以交替地利用不同的时延取值D去跟踪分解的分量，并且实现码序列C与分解的分量之间的同步。在另一实施例内，取值D1-D3不是随机选择的，而是在针对接收多径信号S的质量指示符的测量或计算的基础上进行选择。当接收信息信号S时，该质量指示符可以由接收机R300或收发信机300实时地得到。然后，质量指示符的取值可以被发送给瑞克接收机400，该接收机可以从查找表中检索与所提供质量指示符取值相关的时延D的取值。可以对在不同质量指示符和时延D的取值条件下，通过瑞克接收机的实验和仿真来构造查找表。这样，就可以实现分量S1-S3跟踪的最优化。在另一实施例内，质量指示符是针对多径信号S计算得到的信号噪声比。

图6是解扩分量S1-S3的实际能量的示意图。以虚线给出的曲线表示分解的分量S1-S3的假设能量。示意图中给出针对不同时延D的取值D1和D2，提前和滞后信号E和L的两种可能的计算取值。利用时延D1进行的第一次测量表示：提前和滞后解扩信号E和L的取值E1和取值L1。通过测量t0时刻的假设能量峰值之前和之后的D1时间周期处的解扩分量的能量，可以得到取值E1和L1。利用更大的时延D2进行的第二次测量表示：提前和滞后解扩信号E和L的取值E2和取值L2。通过获得t0时刻的假设能量峰值之前和之后的D2时间周期处的解扩分量的能量，可以得到取值E2和L2。

值得注意的是，针对所描述的方法、接收机、设备以及装备，可以在不脱离本发明覆盖范围的条件下做出修改和改进。例如很显然，该方法可以若干方式实施，例如通过有线电子电路或者通过一组存储在计算机可读媒介内的指令来实施，该指令代替至少部分该电路，并且在计算机或数字处理器的控制下可以被执行，使得能够执行该被替换电路中所满足的相同功能。因此，本发明并不被局限于所提出的实例。

词语“包含”并不排除出现其它没有在权利要求中列出的元素或步骤。

Claims (10)

1.用于跟踪多径信号分解的分量(S1、S2)的方法，该方法中包括：

利用提前第一可变时延(D2)的本地生成码序列(C)，对分解的分量进行解扩，获得提前解扩信号(E)；

利用滞后第二可变时延(D1)的本地生成码序列(C)，对分解的分量进行解扩，获得滞后解扩信号(L)；以及

根据提前解扩信号(E)和滞后解扩信号(L)，推导得到校正信号(CORR)，去控制跟踪。

2.权利要求1的方法，其中第一和第二时延表示多径信号的质量指示符。

3.用于跟踪多径信号(S)的分解的分量的装备，该装备中包括：

用于通过把本地生成的码序列(C)提前第一可变时延(D2)，得到提前码序列的前移装置(426、424)；

用于利用提前码序列对分解的分量进行解扩，得到提前解扩信号(E)的第一相关装置(430、434、438)；

用于通过把本地生成的码序列滞后第二可变时延，得到滞后码序列的后移装置(424、426、428)；

用于利用滞后码序列对分解的分量进行解扩，得到滞后解扩信号(L)的第二相关装置(432、436、440)；以及

用于根据提前和滞后解扩信号得到校正信号(CORR)，去控制跟踪的调整装置(442、444)。

4.权利要求3的装备，其中第一和第二时延基本相等。

5.权利要求3的装备，其中装备是时延锁定环路。

6.用于跟踪多径信号(S)的分解的分量(S1、S2)的瑞克接收机(400)，该接收机中包括：

用于通过把本地生成的码序列提前第一可变时延，得到提前码序列的前移装置(426、424)；

用于利用提前码序列对分解的分量进行解扩，得到提前解扩信号的第一相关装置(430、434、438)；

用于通过把本地生成的码序列滞后第二可变时延，得到滞后码序列的后移装置(424、426、428)；

用于利用滞后码序列对分解的分量进行解扩，得到滞后解扩信号的第二相关装置(432、436、440)；以及

用于根据提前和滞后解扩信号得到校正信号(CORR)，去控制跟踪的调整装置(442、444)。

7.权利要求6的瑞克接收机，其中第一和第二时延基本相等。

8.一种设备(300)，包含：

瑞克接收机(400)，其中包括：

用于通过把本地生成的码序列提前第一可变时延，得到提前码序列的前移装置(426、424)；

用于利用提前码序列对分解的分量进行解扩，得到提前解扩信号(E)的第一相关装置(430、434、438)；

用于通过把本地生成的码序列滞后第二可变时延，得到滞后码序列的后移装置(424、426、428)；

用于利用滞后码序列对分解的分量进行解扩，得到滞后解扩信号(L)的第二相关装置(432、436、440)；以及

用于根据提前解扩信号(E)和滞后解扩信号(L)得到校正信号(CORR)，去控制跟踪的调整装置(442、444)。

9.权利要求8的设备，其中设备是蜂窝电话。

10.用于跟踪多径信号的分解的分量的软件应用，应用中包含指令：

利用提前第一可变时延的本地生成码序列，对分解的分量进行解扩，获得提前解扩信号；

利用滞后第二可变时延的本地生成码序列，对分解的分量进行解扩，获得滞后解扩信号；以及

根据提前解扩信号和滞后解扩信号，推导得到校正信号，去控制跟踪。

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