CN1630993B - 在宽带扩频通信系统中用于扩频无线信号恢复的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种恢复扩频无线信号的方法(图4)。该方法包含：从来自于至少一个基站的多个信号中恢复时钟信息(200)。利用恢复的时钟信号调准该多个信号(202)。合并至少两个调准信号(206)。从合并的信号中恢复信息(208)。

Description

在宽带扩频通信系统中用于扩频无线信号恢复的方法和装置
                   相关申请的参照
本申请要求申请日为2001年3月12日、名称为″在宽带扩展通信系统中扩频无线信号恢复的方法和装置″的美国临时专利申请60/275,192的利益和优先权，在此整体引入作为参考。
                     发明背景
发明领域
本发明概括地涉及无线通信系统，尤其涉及用于扩频无线信号恢复的系统和方法。
相关技术
随着高效能、低成本的电子模块越来越容易得到，移动通信系统变得越来越普及。例如，存在许多通信方案的变型，其中使用各种频率、传输方案、调制技术和通信协议，在手持电话机(如手机)中提供双向语音和数据通信。这些不同的调制和传输方案都有各自的优点和缺点。
下一代无线通信被称作3G，其代表第三代。3G涉及通过各种提出的标准来实现在无线数据和语音通信中待决的改进。3G系统的一个目标是把传输速率从9.5千比特/秒(Kbps)提高到2兆比特/秒(Mbps)。3G同时也扩大了移动服务的范围，这些移动服务正逐渐变成日常生活的一部分，例如对英特网和局域网的访问、视频会议、交互的应用共享。这些无线通信的进步使在扩频无线信号恢复领域的改进成为必要。扩频无线信号恢复的一个方面是多径信号，这些多径信号是来自同一天线的两个或多个相同信号，由于从天线到接收机是采取不同路径，所有它们在不同时间到达接收机。
发明概述
本发明提供一种在宽带扩频通信系统中用于扩频无线信号恢复的方法和系统。
简单的说，该系统的一个实施例包括：一个天线，一个射频子系统，一个基带子系统，和至少一个外围装置。射频子系统与天线耦合，并包括一个高频振荡器和一个低频振荡器。基带子系统与射频子系统耦合，并包括一个与高频振荡器和低频振荡器耦合的自激计数器，以及一个与自激计数器耦合的多径信号恢复电路。多径信号恢复电路包括多个单径处理器，用来从多个输入信号中恢复时钟信息。外围装置与基带子系统耦合，以接收信号和提供信号给基带接收机。
本发明也可被视作提供一种恢复扩频无线信号的方法。在这方面，本发明方法的一个实施例可被概括总结为包括以下步骤：从至少一个基站发出的多个信号中恢复时钟信息；使用恢复的时钟信息调准该多个信号，合并至少两个调准的信号，从该合并的信号中恢复信息。
通过考虑以下附图和详细描述，对于本领域所属技术人员而言，本发明的其它系统、方法、特征和优点将变得清晰。可以想到的是，所有如此的附加系统、方法、特征和优点都包括在这里的描述中，都在本发明的范围内，并且得到随后所附权利要求的保护。
附图简述
参考附图，可更好地理解本发明的许多方面。附图中的部件没有必要按尺寸绘制，重点在于清楚说明本发明的原理。而且在附图中，相同的参考编号在几个视图中代表相应的部件。
图1是描述根据本发明的第三代便携收发机一个实施例的方框图。
图2是图1的WCDMA调制解调器中的自激计数器的方框图。
图3是图1的WCDMA调制解调器的方框图，其包括多径监视器和多径无线信号恢复电路。
图4是提供移动时间基准的方法的一个实施例的流程图
详细描述
以上概述了本发明的各个方面，现在参考附图所示，将对本发明作以详细描述。虽然将结合这些附图对本发明作以描述，但在此并没有企图把本发明限制于所公开的实施例。相反，目的在于将所有可能的选择、修改和等效的方案都包括在随后所附权利要求所定义的本发明的保护范围之内。
图1是描述一个简化的3G便携收发机20的方框图。在一个实施例中，便携收发机20可以是(但不限于)一个便携远程通信手机(如移动蜂窝电话机)。便携收发机20包括与射频子系统24连接的天线22。射频子系统24包括接收机26、接收机基带模拟处理器(BAP)28、发射机30、发射机BAP32、高频振荡器34(可以用一个温控晶体振荡器(TCXO)来实现)、低频振荡器36(可以采用一个32KHZ的晶体振荡器(CO))以及发射机/接收机开关38。
天线22通过通信线40把信号发送到开关38并且接收来自开关38的信号。开关38控制是否把来自发射机30在通信线42上的发射信号传送到天线22，或者是否把来自天线22的接收信号通过通信线44提供给接收机26。接收机26接收和恢复接收信号的发射模拟信息，并通过通信线46提供代表该信息的信号给接收机BAP28。接收机BAP28在基带频率下把这些模拟信号转换成数字信号，并通过总线48将其传送给基带子系统50。
基带子系统50包括WCDMA调制解调器52、微处理器54、存储器56、数字信号处理器(DSP)58和外围接口60，它们通过总线62连通。虽然图中所示总线62是一条单总线，它可以根据需要利用连接基带系统50中的子系统的多总线来实现。WCDMA调制解调器52、微处理器54、存储器56和DSP58为便携收发机20提供信号定时、处理和存储功能。存储器56可包括由微处理器54和DSP58共享的双口RAM。
外围接口60给基带子系统50的各种外围装置提供连接。这些装置可以包括，但不限于，便携收发机20自身组成部分的设备，如扬声器62、显示器64、键盘66和麦克风68，以及从外部与便携收发机20连接的设备，比如个人计算机(PC)70、测试系统72和主机系统74。正如本领域所属技术人员所熟悉的，扬声器62和显示屏64各自通过通信线76和78接收来自基带子系统50的信号。类似地，键盘66和麦克风68各自通过通信线80和82给基带子系统50提供信号。PC70、测试系统72和主机系统74各自通过通信线84、86和88接收来自基带子系统50的信号或者发送信号到基带子系统50。
基带子系统50通过通信线90给射频(RF)子系统24提供控制信号。虽然看起来通信线90只有一条，实际上控制信号可能产生自WCDMA调制解调器52、微处理器54或DSP58，并且提供北给RF子系统24中的多个点。这些点包括，但不限于，接收机26、接收机BAP28、发射机30、发射机BAP32、TCXO34和开关38。
WCDMA调制解调器52接收总线48上来自接收机BAP28的数字信号并且在总线92上提供数字信号给发射BAP32。发射机BAP32在射频下把该数字信号转换成一个发射用的模拟信号并通过通信线94传送给发射机30。发射机30产生发射信号并通过通信线40、42和开关38提供给天线22。开关38的操作是由通过通信线90来自基带子系统50的控制信号控制的。
TCXO34通过通信线96、98和100给接收机26、发射机30和WCDMA调制解调器52分别提供时钟，CO36通过通信线102给WCDMA调制解调器52提供一个32KHZ的时钟，WCDMA调制解调器52利用这两个时钟来产生一个移动时间基准。这个移动时间基准不断地运行，并且精度可以达到大约32纳秒。
现在参考图2，WCDMA调制解调器52的一部分被显示用来描述自激计数器(FRC)104，FRC104产生供便携收发机20使用的移动时间基准。向FRC104提供在线100上来自温度控制晶体振荡器(TCXO)的时钟信号和在线102上来自晶体振荡器(CO)的时钟信号。在线100上来自温度控制晶体振荡器(TCXO)的时钟信号可是频率为30.72MHz，在线102上来自晶体振荡器(CO)的时钟信号频率可为32KHz。FRC104包括：TXCO电路106、锁相环(PLL)108、计数器110、漂移估计器112以及校正电路114。使用30.72MHz时钟的TXCO电路106产生移动时间基准。32KHz时钟通过使用PLL108将相位锁定到30.72MHz的时钟，从而获得改善的性能。计数器110给32KHz时钟的周期计数。漂移估计器112提供对32KHz时钟漂移的估计，以供校正电路114使用。漂移估计包括时钟的漂移和偏差，如由本领域所属技术人员所熟悉的卡尔曼估计方法提供。根据便携收发机20是处于有效模式还是空闲模式，FRC104分别工作在30.72MHz或32KHz两种时域。
在有效模式下，便携收发机主动地发射、接收、处理或寻找信号。在空闲模式下，便携收发机关闭其大多数电路的电源以节省电能。CO总是给FRC104提供连续的32KHz时钟信号，而TCXO在空闲模式时被关闭。
现在参考图3，图3显示了WCDMA调制解调器的方框图。当便携收发机处于有效模式时，FRC104在总线150提供包括时钟相位、码片计数器和时隙计数器的移动时间基准给初级同步搜索器116、次级同步搜索器118、金色码(gold code)搜索器120及单径处理器控制器(SPP)122(如图3所示)。10毫秒的无线帧被分成15个时隙(时隙计数0-14)，每一时隙包含2560个码片(码片计数0-2559)，每一码片包含8个信号点(tick)(时钟相位0-7)。FRC 104通过对5.12秒周期内所产生的帧计数，为移动时间基准产生一个帧计数(0-511)。同样，当便携收发机处于有效模式时，漂移估计被不断更新。
当转到空闲模式时，在线104上从微处理器到FRC104的睡眠/激发控制信号转换成低状态。计数器110被复位，并开始对32KHz时钟信号的上升沿计数。睡眠/激发控制信号转换成低状态后，在32KHz时钟的下一个上升沿，当前的移动时间基准和来自TCXO电路的漂移估计被送入校正电路114。此时，便携收发机进入空闲模式。在每一次随后的计数中，校正电路114使用计数和漂移估计来更新移动时间基准。这样，在空闲模期间维持移动时间基准和漂移估计。
当转换到有效模式时，睡眠/激发控制信号转为高状态。在32KHz时钟的下一个上升沿，校正电路114中维持的更新后的移动时间基准被送入TCXO电路106，同时FRC104使用30.72MHz时钟和更新后的移动时间基准作为一个起始点，开始为便携收发机提供移动时间基准。
空闲时间可以持续许多秒钟，无呼叫检测到的有效时间可以持续5毫秒。在空闲模式下保持移动时间基准，可以使便携发射机快速转换到有效状态，其在有效状态中转化为一个更短的持续期，从而减少了电量的消耗，并延长了电池的使用时间。将移动时间基准维持到32纳秒的精确度，改善了检测、鉴别和监视这些输入的多径信号的效率。
FRC为便携收发机系统提供时间基准，以及用于获取恢复多径信号以及操作多径信号接收机所需要的参数。
WCDMA调制解调器52包括FRC104、接收机均衡器126、多径监视器128和多径无线信号恢复电路130。来自FRC104中的移动时间基准提供给两个装置，一个是多径监视器128，如码捕获系统；另一个是多径无线信号恢复电路130，如本领域所属技术人员所知道的RAKE接收机。把来自接收机BAP的数字信号提供给接收机均衡器126并且作均衡处理，然后在总线144上提供给多径监控器128和多径射频信号复原电路130。
多径监视器128包括初级同步搜索器116、次级同步搜索器118，和金色码搜索器120，同时给微处理器提供关于这些搜索的信息。
在一个实施例中，多径无线信号恢复电路130包括SPP控制器122、12个SPP132、12个先进先出(FIFO)电路134、12个相位校正器136、去失真(deskewing)和定时控制器(DTC)138、4个最大速率合并器(MRC)140和4个解调单元142。
SPP控制器122将12个多径信号映射到SPP132，同时通过总线146向每一个SPP132发送一个起始命令。每个SPP恢复并跟踪与基站有关的输入时钟信息，将时钟信息传送给DTC138，同时，将对单基站天线和多基站天线的相位估计提供给相应的相位校正器136。提供给DTC138的时钟信息的形式与具有一个时钟相位、一个码片计数器和一个时隙计数器的移动时间基准相同。所映射的均衡信号经过每一个SPP132送入相应的FIFO134。每个FIFO134都有一个含有512个码片的子周期，每一个无线帧含有38400个码片，或者512个码片的75个子周期。
DTC138用来自每个SPP132的时钟信息从总线148向每个SPP提供读取地址和读取选通信号，在读取的时间里，将FIFO134的输出彼此调准。DTC138的操作是一个复杂的PLL操作。每一个FIFO134的输出都送入相应的相位校正器136，相位校正器通过由相应的SPP132提供的相位估计校正信号的相位。相位校正器136的输出映射到4个MRC140中的一个，每个MRC140将映射入其中的信号合并到一起，从而增加了信号的强度。来自每个MRC的加强的信号被送入相应的解调单元142。解调单元142从信号中恢复出信息并从8个信道输出，本系统为信息的恢复提供了32条不同的信道。
上述恢复系统的一个优点是，直到那些信号都被调准，信息才被从信号中恢复，从而提高了恢复的效率。另一个优点是，来自于一个基站中的两个天线中的一个的信号或两个天线的信号，都可以被使用并映射入一个SPP中。还有一个优点是有能力调准来自异步基站的信号。
本发明提供了一个方法和一个宽带扩频接收机，利用分集传输恢复来自多个异步发射机或协同定位天线多径信号分量。接收机跟踪多个可能来自于多个天线的指定的多径信号，以及在扩频系统的码片速率下，对信号部分进行调准。接着，以此码片速率，接收机进行相位和信道校正，合并来自每个发射天线的信号分量，并行移除多个扩展码，并且并行移除正交信道化码。然后，接收机进行宏分集合并，处理分集发射信号，以及将信号的量化带宽到减小到最佳的动态范围以使纠错解码所需的内存最小化。当接收机需要操作过多的用在3G扩频系统中的扩展信道化码时，在有发射机进行分集编码的情况下，接收机减少了多个接收信号路径对存储器和处理的需求。
参考图4，这是恢复扩频无线信号方法的一个实施例的流程图。开始，如方框200所示，从由至少一个基站发射出的多个信号中恢复时钟信息。在方框202中，利用恢复了的时钟信息，通过去失真和定时单元对该多个信号进行调准。如框图204，每一个调准过的信号被映射到4个最大比率合并器之一当中。如图中方框206所示，每个最大比率合并器合并映射到它里面的信号。最后，在方框208，从合并的信号中恢复符号信息。符号信息包括接收信号中排除时钟信息外的其它信息。
以上所描述的信号恢复系统和方法跟踪并恢复动态时钟信息，并提供该信息给中央信源，以创建必要的配置来调准输入信号。
虽然显示并描述了本发明一个示例性实施例，但对本领域所属技术人员来说，可以对所描述的本发明作大量的改变、修改或变更，它们都不会偏离本发明的范围，因此所有的改变、修改和变更都被视作包括在本发明的范围之内。

Claims (18)

1.一种在宽带扩频通信系统中通过处理来自多个被接收的多径信号的时钟信息来恢复扩频无线信号的方法，包括：
从至少一个基站发出的多个信号中恢复时钟信息；
利用恢复的时钟信息调准该多个信号；
调整该多个信号中的每个信号的相位；
在最大比率合并器中合并该多个信号中的至少两个；
使用与自激计数器耦合的多径监视器，该多径监视器具有初级同步搜索器、次级同步搜索器和金色码搜索器，每个搜索器接收来自该自激计数器的时钟相位、码片计数器和时隙计数器信息，以及接收来自接收机基带模拟处理器的均衡数字信号；每个搜索器将关于相应的搜索器的信息提供给移除多个扩展码的微处理器；以及
从合并的信号中恢复符号信息。
2.根据权利要求1的方法，其中，恢复时钟信息包括把信号映射到单径处理器。
3.根据权利要求1的方法，其中，恢复时钟信息包括使用一个恒定可获得的移动时间基准。
4.根据权利要求3的方法，其中，该移动时间基准具有32纳秒的精度。
5.根据权利要求4的方法，其中，该移动时间基准是利用一个高频温控晶体振荡器和一个低频晶体振荡器产生的。
6.根据权利要求1的方法，其中，恢复信息包括为每个合并信号建立8个信道。
7.一种用于无线通信系统的便携收发机系统，包括：
一天线；
一射频子系统，该射频子系统与该天线耦合，并包括一个高频振荡器、一个低频振荡器和一个接收机基带模拟处理器；
一基带子系统，该基带子系统与该射频子系统耦合，并包括与该高频振荡器和该低频振荡器耦合的一个自激计数器、与该自激计数器耦合的一个多径信号恢复电路和一个多径监视器；该多径监视器具有初级同步搜索器、次级同步搜索器和金色码搜索器，每个搜索器接收来自该自激计数器的时钟相位、码片计数器和时隙计数器信息，以及接收来自该接收机基带模拟处理器的均衡数字信号；每个搜索器将关于相应的搜索器的信息提供给移除多个扩展码的微处理器；以及
至少一个外围装置，与该基带子系统耦合，以接收信号并提供信号给该基带子系统，
该多径信号恢复电路包括多个单径处理器，用于从多个输入信号中恢复时钟信息，该多径信号恢复电路还包括与单径处理器耦合的一个去失真和定时控制器，用来利用时钟信息调准所述输入信号。
8.根据权利要求7的系统，其中，该多径信号恢复电路包括一个单径处理器控制器，其使用该自激计数器将所述输入信号中的一个信号映射到所述单径处理器的每一个。
9.根据权利要求7的系统，其中，该多径信号恢复电路包括与每个单径处理器耦合的相位校正器，用来校正该输入信号调准后的相位。
10.根据权利要求9的系统，其中，该多径信号恢复电路包括至少一个与所有相位校正器耦合的最大比率合并器，用来合并从所述相位校正器输出的至少两个信号。
11.根据权利要求7的系统，其中，该自激计数器为系统提供一个移动时间基准，并且该自激计数器具有激发模式和睡眠模式，在激发模式期间，该自激计数器使用高频振荡器来产生该移动时间基准，以及在睡眠模式期间，该自激计数器使用低频振荡器来维持该移动时间基准。
12.根据权利要求11的系统，其中，该高频振荡器是温度控制晶体振荡器。
13.根据权利要求12的系统，其中，该温度控制晶体振荡器提供一个30.72MHZ的时钟。
14.根据权利要求11的系统，其中，该低频振荡器是一个晶体振荡器。
15.根据权利要求14的系统，其中，该晶体振荡器提供32KHZ的时钟。
16.根据权利要求11的系统，其中，该移动时间基准具有32纳秒的精度。
17.根据权利要求11的系统，其中，该自激计数器包括一个锁相环，它将该低频振荡器耦合到该高频振荡器。
18.根据权利要求11的系统，其中，该自激计数器包括一个用于该低频振荡器的漂移估计器。
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