CN1879309A - 用于扩谱系统的智能代码跟踪 - Google Patents

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Abstract

一种代码跟踪系统包括环路滤波器(22)，其接收超前/滞后误差信号并输出环路滤波器误差信号。误差缩放(26)设备接收代表更新的该环路滤波器误差，并且提供代码跟踪调节信号。控制器(24)监控更新频率和/或相同方向上的更新数量，并且根据该更新频率和/或所述相同方向上的更新数量来提供滤波器系数。

Description

用于扩谱系统的智能代码跟踪
发明领域
本发明总体涉及网络通信系统，更特别地涉及一种在扩谱代码跟踪发送/接收机系统中提供对环路滤波器系数的智能换档(gear-shifting)的系统和方法。
发明背景
扩谱代码跟踪(例如宽带码分多址(WCDMA)跟踪)被用在许多网络通信系统中。在扩谱接收机对蜂窝基站执行初始捕获后，接收机的许多任务之一就是使它的本地扩展码基准保持锁定到所发送的扩展码。这些代码一定要及时被锁定，以使接收机能够产生有意义的关联。典型地，锁相环路(PLL)被用于控制代码跟踪操作。由于信道环境的改变和时钟漂移，这个操作必须被连续地运行以跟踪代码。典型环路需要对环路滤波器系数进行智能地设置。
典型的代码跟踪块使用一种叫作超前-滞后门算法的技术。在图1中图解了这个算法的基本思想。接收机的相关器将会产生三个样本。中间样本12叫作准时样本，其是通过将所接收信号与接收机对合适的代码定时基准的估计进行相关而产生的。其他两个样本10和14叫作超前和滞后样本，它们是通过将所接收信号和接收机代码的移位版本进行相关而产生的。典型的，超前样本是通过将接收机代码移位得比其所应当的情形早一个码片(chip)的一部分而形成的，而滞后样本则是通过将代码移位得比其所应当的情形更迟而形成的。
如果接收机的代码基准完全同步，那么结果将会是看起来如同图1的左边部分16中的“完全同步”的样本。超前和滞后样本将会处于完全相同的高度(由于系统中的脉冲整形滤波器的对称形状)而准时样本将会比超前和滞后样本都大。然而，在存在定时偏移的情况下，结果看起来如同图1的“没有同步”的右边部分18。
重要的是以下事实：误差＝超前-滞后这一数量非零。环路的误差作为超前和滞后样本之间的幅度差而被产生。这个误差的大小和符号可以被使用来驱动代码跟踪环路。例如如果代码离得很远，那么可能要用相对长的时间来校正。
因此，需要一种对滤波器的系数进行智能适配的方法来校正代码跟踪。还需要一种为代码跟踪算法提供智能以提供改进的性能的方法和系统。
发明概要
一种代码跟踪系统包括环路滤波器，其接收超前/滞后误差信号并输出环路滤波器误差信号。误差缩放设备接收表示更新的该环路滤波器误差，并提供代码跟踪调节信号。控制器监控更新的频率和/或相同方向上的更新数量，并且依据该更新频率和/或所述相同方向上的更新数量来提供滤波器系数。
一种用于扩谱系统中的代码跟踪方法包括以下步骤：在环路滤波器输出的每次更新之后修改一个计数；将该计数与用户定义的阈值相比较；以及如果该计数不超过用户定义的阈值并且如果代码跟踪调节值为非零，则改变环路滤波器系数以使所接收信号同步。
另一种用于扩谱系统中的代码跟踪的方法包括：在环路滤波器输出的一定数量的相同方向上的更新之后修改一个计数；将该计数的绝对值与用户定义的阈值相比较；以及如果该绝对值超过用户定义的阈值，则改变环路滤波器系数。
附图简述
在考虑到现在将结合附图而加以详细描述的实施例时，本发明的优点、性质和各种附加特征将会变得更加显而易见，其中：
图1是当误差由超前和滞后样本之间的振幅差产生时的超前-滞后代码跟踪的例子；
图2是依据本发明一个实施例的示范性代码跟踪系统的框图；
图3示出依据本发明一个实施例的用于代码跟踪系统的环路滤波器的体系结构；
图4是依据本发明一个实施例的用于代码跟踪的频率方法的方框/流程图；以及
图5是依据本发明一个实施例的用于代码跟踪的方向方法的方框/流程图。
应当理解，附图是用于说明本发明的构思，而不是表示本发明的唯一可能的配置。
发明的详细描述
本发明提供一种对用在扩谱系统中的代码跟踪系统内的环路滤波器系数进行智能“换档”的方法和系统。所述智能允许该方法和系统来确定代码跟踪是否在快速滑脱(slipping)或者代码跟踪是否不断地在给定方向上更新。
本发明向标准代码跟踪环路中添加了智能以改进性能，并且说明性地描述了两种技术：频率技术和方向技术。这两种技术都被使用来对环路滤波器系数的值进行调节(或者说换档)。系数的较小值有利于更稳定的环路，但是该环路将不能跟踪代码定时的较大改变。系数的较大值将使环路能够跟踪较大的代码定时偏移，但是该环路可能存在噪声并且将会抖动。
应当理解，本发明是根据宽带码分多址系统进行描述的；然而本发明的范围要广得多，并且可以包含任何广谱系统，所述广谱系统需要对所发送的序列进行代码跟踪以避免漂移或者其他效应。此外，本发明适用于任何发送/接收机系统，包括蜂窝、电话、有线电视、卫星、无线电系统/网络等等。在一个实施例中，本发明被使用在用于站(station)和移动单元的接收机内的码分多址(CDMA)应用中。
应该理解，附图中显示的元件可以以硬件、软件或其组合的各种形式实现。优选地，这些元件优选地以硬件和软件的组合实现在一个或者多个适当编程的通用设备上，所述设备可以包括处理器、存储器和输入/输出接口。
本发明向标准扩谱代码跟踪环路中添加智能，以便通过智能地对环路滤波器系数的增益进行换档来改进性能。在频率技术中，在代码跟踪更新非常频繁的时候(基于用户定义的阈值)调节增益。在方向技术中，在代码跟踪在同一方向上更新几次的时候(基于用户定义的阈值)调节增益。
现在将详细参考附图，其中贯穿几个视图，相同的附图标记代表类似或相同的元件，并且首先参见图2，其中示出依据本发明一个实施例的代码跟踪环路20。环路20以下工作。误差计算块21计算误差(误差＝超前-滞后)这一数量。环路的误差作为超前和滞后样本之间的幅度差而产生。这个误差的大小和符号可以被使用来驱动代码跟踪环路。然后这个误差经过环路滤波器22。图3显示了环路滤波器22的体系结构的例子。
参见图2和3，滤波器22具有两个系数Kp和Ki。Kp是环路滤波器的比例部分的增益，并且该部分的输出是输入误差的经缩放的版本。Ki是环路滤波器22的积分部分的增益，并且该部分的输出是通过使用环路滤波器22和控制器24缩放输入误差和对该输入误差进行积分而形成的。环路滤波器22的总体输出是通过利用加法器27将比例级和积分级的输出相加而形成的。接下来，环路滤波器的输出在误差缩放26中被缩放，并且经缩放的误差的整数部分被用于更新接收机的代码基准。该积分路径输出包括(通过加法器32)将经过用系数Ki滤波的误差信号和在单个单位延迟34之后的反馈输出相加。
依据本发明，来自误差缩放26的代码跟踪调节输出被报告给控制器24。在更新数量(例如需要在特定频率下进行代码跟踪调节)超过了用户定义的频率速率的情况下，那么控制器24为环路滤波器22指定新的滤波器系数值，并且从而在代码跟踪更新得非常频繁时(基于用户定义的阈值)调节增益。当在特定方向上需要一定数量的更新的情况下，当代码跟踪在相同方向上更新了几次时(基于用户定义的阈值)调节增益。
控制器24可以包括多个不同系数，并且依据来自误差缩放的反馈选择性地把系数指定给环路滤波器22。控制器24可以包括一个或多个计数器33，其跟踪所做过的调节的数量，并将所述计数与存储在可编程存储器35中的用户定义的阈值相比较。通过比较器37将存储器35中的阈值与计数器值进行比较。存储器35也可以存储多个滤波器系数和逻辑39，该逻辑用于确定将要在当前操作条件下所指定的最佳系数。
参见图4，其是描述依据本发明一个实施例的频率技术的方框/流程图。频率技术增加了监控接收机的代码跟踪基准的改变频率的逻辑。一个计数器被初始化为零，并且每次环路滤波器输出被计算时，这个计数器将会递增。在误差缩放后，如果代码跟踪调节值是非零的并且该计数器还没有达到用户定义的阈值，那么环路滤波器系数的增益将会被增加。如果环路正在频繁地调节代码跟踪(其中“频繁”由用户定义的阈值来限定)，那么增益应该被增加以使得环路能够跟踪更快速的改变。如果计数器随后能够达到其用户定义的阈值而对代码跟踪没有任何更新，那么环路滤波器的增益将会被设置回它们的原始的更小值。
在块102中，环路滤波器系数被设置成较低的或初始的值，并且在块104中，计数器被初始化为零。在操作期间，在块106中，计数器在环路滤波器输出的每次更新后被递增。在块108中，用户定义的阈值被用来与计数器的计数相比较，以便确定环路滤波器系数是否应该被恢复到他们的初始值(块102)并且将计数器重新初始化为零(块104)。如果还没有达到用户定义的阈值，那么在块110中执行一个检查，以确定代码跟踪调节值是否为非零。如果这个值是非零的，那么就需要进行调节。取决于调节值与零的差的大小和方向，在块112中选择滤波器系数。所述滤波器系数可以包括更高或更低的值，这取决于系数的可用性。例如，如果调节值偏离较大的数量则可以使用高得多的系数，或者可以选择稍高(或甚至更低)的系数来通过环路滤波器对信号进行滤波。然后系数被持续更新，并且如果需要高频更新则提供到零调节值的更快速的收敛。
参见图5，其是描述依据本发明一个实施例的方向技术的方框/流程图。这个实施例提供监控接收机的代码跟踪基准的改变的方向的逻辑。一个计数器被初始化为零。每次环路滤波器输出被计算时，这个计数器就基于调节的方向而递增或递减1。例如，如果代码跟踪基准的调节在时间上是正向的，那么计数器就会递增1，如果调节在时间上是后向的，那么计数器将会递减1。在正常操作下，所述调节将会来回抖动，但是计数器的值将具有零均值。然而，在其中代码定时正在快速改变(例如改变得太快以至于代码跟踪环路跟不上)的某些情况下，所述调节将会处于相同的方向，并且在这种情况下，计数器将会达到很大的正值或负值。
如果计数器的绝对值达到用户定义的阈值，那么可以假定接收机正处于代码定时快速漂移的情况，于是环路滤波器的增益被增加以使得环路能够跟踪该快速漂移。在此时，计数器被复位到零。随后，如果计数器值保持在零周围的用户定义的范围之内，那么增益可以被复位到它们的原始的较低值。
在块202，环路滤波器系数被设置成较低的或初始的值，并且在块204，计数器被初始化为零。在操作期间，在块206，计数器在环路滤波器输出的每次更新之后被递增。滤波器输出包括正向调节情况下的+1递增量，以及后向调节情况下的-1递减量。在块208，执行检查来确定计数器值的绝对值是否达到了用户定义的阈值。如果尚未达到该阈值，在块206，计数器被递增(递减)。
如果已经达到了该阈值，在块210，环路滤波器系数被调节到不同的值，例如提供产生更高增益的更高的系数。在块212，计数器被设置为零，环路返回到块202并且如块214中阐明的那样运行指定的时间量。
参见图6，其中示出依据本发明一个实施例的环路滤波器300。滤波器300包括两个系数，在此实施例中为Kp和Ki。其他实施例可以包括更多将被同步的系数和/或分支。Kp是环路滤波器的比例部分的增益，并且该部分的输出是输入误差的经缩放的版本。Ki是环路滤波器300的积分部分的增益，并且该部分的输出是通过使用环路滤波器和控制器(例如参见图2)缩放输入误差和对该输入误差进行积分而形成的。
环路滤波器300的总体输出(环路滤波器输出)是通过由加法器302将比例级和积分级的输出相加在一起而形成的。环路滤波器的输出在误差缩放(例如参见图2)中被缩放，并且经缩放的误差的整数部分被用于更新接收机的代码基准。
环路滤波器输出是由比较器30在比例路径和积分路径之间进行比较的结果。积分路径输出包括(由比较器32进行的)在利用系数Ki进行滤波后的误差信号和来自阻抗34的先前比较器输出的反馈之间的比较。
虽然已经说明性地描述的本发明具有两个滤波器系数，但是本系统可以包括一个或多个滤波器，其可以如在此描述的那样被代替。
已经描述了用于扩谱系统的智能代码跟踪的优选实施例(意在说明而非限制)，应当注意的是，依据上面的教导，本领域技术人员能够做出修改和变化。因此应当理解的是，在由所附权利要求书限定的范围和精神之内，可以对本发明公开的具体实施例进行修改。因此，已经通过专利法所要求的细节和精确性描述了本发明，由专利特许证保护的所要求的和所希望的内容在所附权利要求书中阐明。

Claims (19)

1、一种代码跟踪系统，包括：
环路滤波器(22)，其接收超前/滞后误差信号并且输出环路滤波器误差信号；
误差缩放设备(26)，其接收代表更新的环路滤波器误差并且提供代码跟踪调节信号；
控制器(24)，其监控更新频率和相同方向上的更新数量二者的至少其中之一，并依据所述更新频率和相同方向上的更新数量二者的至少其中之一来提供滤波器系数(K)。
2、如权利要求1所述的系统，其中所述环路滤波器(22)包括至少两个滤波器系数。
3、如权利要求1所述的系统，其中所述控制器(24)包括至少一个计数器(33)，其对更新次数进行计数。
4、如权利要求1所述的系统，其中所述控制器(24)包括存储器，并且该存储器存储多个滤波器系数。
5、如权利要求1所述的系统，其中所述控制器包括存储器(35)，并且该存储器存储用户定义的阈值以用于与更新次数进行比较。
6、如权利要求1所述的系统，其中所述超前/滞后误差信号被作为所接收信号的超前和滞后样本之间的幅度差的结果来计算。
7、如权利要求1所述的系统，其中所述控制器(24)使用新滤波器系数来代替所述滤波器系数(K)，以便增强代码跟踪并且对所接收的信号进行再同步。
8、一种用于扩谱系统中的代码跟踪的方法，包括以下步骤：
在环路滤波器输出的每次更新之后修改(106)一个计数；
将该计数与用户定义的阈值进行比较(108)；以及
如果该计数不超过该用户定义的阈值并且如果代码跟踪调节值是非零的，那么改变(112)环路滤波器系数以对所接收的信号进行同步。
9、如权利要求8所述的方法，其中改变环路滤波器系数(112)的步骤包括：当更新频率达到或超过阈值时，用更大的滤波器系数来代替所述环路滤波器系数以便提高增益。
10、如权利要求8所述的方法，进一步包括存储(35)多个滤波器系数的步骤。
11、如权利要求10所述的方法，进一步包括根据环路滤波器状况使用所述多个滤波器系数中的一个或多个来代替(24)所述滤波器系数的步骤。
12、如权利要求8所述的方法，进一步包括作为所接收信号的超前和滞后样本之间的幅度差的结果来计算(21)超前/滞后误差信号以便确定更新的步骤。
13、如权利要求8所述的方法，其中所述改变(112)的步骤包括：利用新滤波器系数来代替所述滤波器系数，以便增强代码跟踪并对所接收的信号进行再同步。
14、一种用于扩谱系统中的代码跟踪的方法，包括以下步骤：
在环路滤波器输出的一定数量的相同方向上的更新之后修改(206)一个计数；
把该计数的绝对值与用户定义的阈值进行比较(208)；以及
如果该绝对值超过该用户定义的阈值，则改变(210)环路滤波器系数。
15、如权利要求14所述的方法，其中改变(210)环路滤波器系数的步骤包括：当相同方向上的更新数量达到或超过阈值时，利用新滤波器系数来代替(24)所述环路滤波器系数以便修改增益。
16、如权利要求14所述的方法，进一步包括存储(35)多个滤波器系数的步骤。
17、如权利要求16所述的方法，进一步包括根据环路滤波器状况使用所述多个滤波器系数中的一个或多个来代替(24)所述滤波器系数的步骤。
18、如权利要求14所述的方法，进一步包括作为扩谱的超前和滞后样本之间的幅度差的结果来计算(21)超前/滞后误差信号以便确定更新的步骤。
19、如权利要求14所述的方法，其中所述改变(210)步骤包括：利用新滤波器系数来代替(24)所述滤波器系数，以便增强代码跟踪并对所接收的信号进行再同步。
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