CN1941648B - 用于对扩频信号进行解码的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种接收机，用于接收还包括有不希望的窄带信号的扩频信号，例如，无线信号，其包括来自使用移动通信特别研究组(GSM)的ETSI标准编码的信号源和来自使用码分多址(CDMA)编码的信号源的混合信号。在本发明中，在下变频之前，耍执行扩频信号的解扩和扩频信号的预确定频率(相应于窄带信号)的衰减。在对其中包含已经编码了不希望的窄带信号的扩频信号进行解码的另一个方法中，在解扩扩频信号之前，利用具有纠错能力的编码方案，对该窄带信号进行解码、再生并去除。

Description

用于对扩频信号进行解码的装置和方法

本申请是1999年1月15日提交的、名称为“接收具有窄带干扰的扩频信号”、申请号为“99802779.0”的分案申请。 

技术领域

本发明涉及用于接收包括来自多个源的混合信号的信号，该多个源处两个信号源使用彼此不同的编码方案。特别地，本发明涉及用于接收还包括不希望的窄带信号的扩频信号的接收机，例如无线信号，其包括来自使用移动通信特别研究组(GSM)的ETSI标准编码的信号源和来自使用码分多址(CDMA)编码的信号源的混和信号。 

背景技术

需要使用射频频谱的系统和服务的需求最近已经远远胜过对现有系统的容量的需求。这意味着未来的系统必须提供显著改良的频谱效率。已经提出的一个技术是允许宽带扩频信号与传统的窄带信号共享一个通用频谱。 

扩频信号利用一个在必需的最小频带宽度之外的带宽来发射信号中的信息。一种产生扩频信号的方法已知为伪随机噪声调制(或者直接序列调制)。利用发射机处的扩展码来扩展信号频谱。相应的接收机使用相同的码来解扩该频谱。用于解扩该频谱以便再生原始数据信号的技术具有扩展与该发射机使用的该扩展码没有相互关系的任意其他信号频谱的效果。在此，正如通常的，来自不同的源(使用不同的码)的好几个宽带信号共享相同的频谱，这个技术已知为码分多址(CDMA)。 

与发射的宽带信号比较，发射的窄带信号通常具有一个大功率的频谱密度。在窄带信号接收机中，宽带信号在窄带信号中产生干扰。同样，一旦扩展频谱接收机已经将组合接收的信号解码，则窄带信号在解码的扩频信号中引起干扰。 

一种已经被用于减少窄带信号和宽带信号之间的干扰的方法，是利用扩频发射机和接收机中的相对应的滤波器来衰减由窄带信号使用的那些频率。扩频发射机中的陷波滤波器减少窄带信号中的来自宽带信号的干扰。在扩频接收机中的相应的陷波滤波器在对频谱进行解扩以便解码该扩频信号之前，衰减窄带信号使用的频率。 

使用此类技术来减少相交信号干扰存在一些问题。为了把窄带信号使用的带外的衰减滤波器去除的信号最小化，需要具有非常锐截止的滤波器。 

可是，在一个诸如GSM蜂窝网之类的系统中，相邻的单元具有使用不同频率的发射机。因此，根据哪个发射机正在使用的不同频带，需要接收该不同频带的接收机。需要用来衰减这些窄带频率的滤波器必需是可编程的。利用应用高位有限脉冲响应(FIR)滤波器使用的数字硬件，可以很容易地获得可编程的滤波器。此类滤波器当前仅仅工作在最多几十兆赫的最大值的信号上，所以在基带上实现此类滤波器是很方便的。 

Milstein和Schilling.“CDMA重叠概念”，有关扩频技术以及使用的国际讨论会1996，披露了利用陷波滤波器的扩频发射机和接收机。该接收机在基带同时执行滤波与解扩。 

在衰减由窄带信号使用的那些频率之前，信号的任意非线性畸变意味着窄带频率范围中的任意信号引入那个范围之外的噪声。典型情况下，窄带信号的功率谱密度是比宽带信号的功率谱密度高几十dB。在射频接收机和滤波器之间的任何组件必须具有一个非常大的动态范围以便使由此类非线性畸变引入到保持带宽信号中的噪声最小化。 

如果非线性编码方法用于增加此类组件的动态范围，那么对于低电平宽带信号存在有分辩问题。 

因此，利用衰减滤波器的已知系统的问题是在基带上执行滤波，这就在滤波步骤之前需要具有非常大的动态范围的组件，但是使用当 前可用的数字可编程滤波器在高频上滤波是不可能的。 

发明内容

按照本发明，提供一种用于对扩频信号进行解码的设备，包括 

产生用于对信号的频谱进行解扩的解扩信号的装置； 

使用该解扩信号用于对信号频谱进行解扩的装置；和 

用于对信号进行下变频以便产生一个较低频率的信号； 

用于衰减信号的预确定频率的装置； 

其中，在下变频之前连接解扩装置以便对扩频信号进行解扩和在下变频之前连接衰减装置以便衰减扩频信号的预确定频率。 

较好地，接收信号是一个包括扩频信号分量和一个含有窄带信号分量的复合信号，其含有比扩频信号分量更高的功率频谱密度而衰减频率是当前存在于窄带信号分量中的那些频率。作为选择，使用伪噪声码来解扩该频谱。 

有利地，连接衰减装置以便衰减解扩信号的预确定频率并连接所得到的锯齿状的解扩信号以便同时解扩该扩频信号并衰减该扩频信号的预确定频率。 

按照本发明的另外一个方面，提供一种用于对扩频信号进行解码的装置，包括产生用于对信号频谱进行解扩的解扩信号的装置；和连接衰减装置来衰减该解扩信号的预确定频率以便提供一种锯齿状的解扩信号；其特征在于：该设备更进一步包括连接混频装置以便将锯齿状的解扩信号与来自本机振荡器的信号混频以便提供上变频锯齿状的解扩信号；和连接混频装置以便将上变频锯齿状的解扩信号与该扩频信号混频。 

按照本发明的另外一个方面，提供一种用于对已经通过传输信道传输的扩频信号进行解码的装置，所述信号包括一个希望的扩频信号分量和一个不希望的窄带信号分量，利用具有纠错能力的编码方案已 经对该窄带信号编码，包括一个窄带信号减法器的所述装置包含： 

按照该窄带信号编码方案用于对该复合信号进行解码和校正以便提供该窄带信号的解码版； 

用于估计传输信道的幅度和相位特性的装置； 

按照窄带信号编码方案用于对该解码校正信号进行编码以便产生估计窄带信号的装置； 

按照估计的幅度和相位特性，用于调整该估计窄带信号的相位和幅度的装置；和 

用于从接收的复合信号中去掉调整的信号以便提供该扩频信号分量的估计的装置。 

较好地，该窄带编码方案还可以检测不可校正的错误而且在其中，紧接着无法校正的错误的检测之后，安排解码装置以便抑制所述去除。 

在另外一个实施例中，还包括相应于窄带信号分量用于衰减信号频率的装置，其中，紧接着不可校正的错误的检测之后安排解码装置以便使衰减装置被利用。 

同时也提供用于解码扩频信号的相应的方法。 

附图说明

将仅仅通过例子参考附图描述本发明的实施例，在此 

图1表示大功率频谱密度窄带信号和小功率谱密度宽带信号的载干比； 

图2表示利用陷波滤波器以便衰减传输的宽带信号中的一些频率的已知的复合信号发射机的方框图； 

图3a表示一个传统的扩频信号接收机的方块图； 

图3b表示具有抑制滤波器以便衰减接收的宽带信号中的一些频率的已知扩频信号接收机的方框图； 

图4表示使用七比特伪噪声码编码的数据信号； 

图5表示在下变频之前对信号进行解扩的可能的接收机结构； 

图6表示在信号的下变频之前利用陷波滤波器来衰减接收信号的预确定频率的一个假定的接收机； 

图7表示按照本发明的一个实施例，下变频之前将信号的解扩和滤波合并的一个接收机； 

图8表示按照本发明的实施例的合并的解扩和滤波装置； 

图9表示按照本发明的实施例的合并的解扩和滤波装置； 

图9a表示按照本发明的另外一个实施例的合并的解扩滤波和下变频装置； 

图10表示表示按照本发明的实施例的一个具有窄带信号减法器的接收机； 

图11表示一个详细的窄带信号减法器； 

图12表示如果检测到不可校正的错误则没有去掉估计的窄带信号的一个更复杂的窄带信号减法器；和 

图13表示本发明的一个实施例，其中，如果检测到不可校正的错误，则没有去掉估计窄带信号，并且其中，在这些情况下使用一个陷波滤波器。 

具体实施方式

图1表示发射窄带信号2的窄带信号发射机1和发射宽带信号4的宽带发射机3。该宽带发射机和该窄带发射机连接到加法器5。在加法器5处该宽带信号和该窄带信号相加以便产生复合信号6a当然，可以在不同的位置使用不同的发射机，至于本发明关心的效果是完全相同的。该复合信号由宽带信号解码器8接收，在此对信号进行解码产生一个新的复合信号9。由解码器对原始的宽带信号4的频谱解扩产生该新的复合信号9的一个解码信号分量4’，而对原始的窄带信号2的频谱进行扩展以便产生该新的复合信号9的一个新的分量2’。该新 的复合信号9具有解码的宽带信号4’的载干比10。 

至于所关心的窄带信号，复合信号6具有载干比7。为了增加窄带信号2的载干比7，可以在宽带信号发射机3中插入一个陷波滤波器以便衰减由该窄带信号使用的频率。如此一个陷波滤波器将降低宽带信号向窄带信号引起的干扰。图2表示一个已知的宽带信号发射机15，包括连接到陷波滤波器12的编码器11，该陷波滤波器依次连接到调制器16和上变频器17上。该陷波滤波器12用于滤除宽带信号13以便产生一个在加法器5处与窄带信号2求和之前调制的并进行上变频的锯齿状信号14。此外，如果使用位于不同的位置的不同的发射机，则对本发明不存在实质性的影响。 

为了增加解扩的宽带信号4的载干比10，可以在宽带信号解码器8中插入一个陷波滤波器来衰减窄带信号使用的频率。图3a表示传统的扩频信号接收机的方框图，其包括连接到宽带信号解码器8的接收机放大器23，该宽带信号解码器8包括连接到解调器19的下变频器18，依次，该解调器19连接到解扩器21a当然，解调可以在解扩之前或解扩之后发生。图3b表示宽带信号解码器30的另外一个实施例，其中在解扩器21之前使用一陷波滤波器20。为了把从宽带信号中去除的频谱最小化，需要一个具有非常锐截止的陷波滤波器。 

一种对数据信号进行编码以便产生扩频信号的方法，是将信息位截断为时间的较小增量，其已知为‘码片chip’。通过将伪噪声码加入到数据信号上来产生这些码片。图4表示使用七比特伪噪声码编码的数字信号。在实际的实施中，伪噪声码将比这个长许多。根据特殊的数学性质选择伪噪声码，该特殊的数学性质使编码信号多少产生类噪声。一个知道哪一个伪噪声码已经加到数据信号上的相应的解码器用于解扩扩频信号的频谱以便重现原始数据信号。 

如图3a所示，在基带处对信号进行解扩的缺点是由下变频器18或解调器19加到信号上的任何噪声都将引起干扰。如图5所示，理论 上在下变频之前就对接收的信号解扩是可能的。在宽带信号解码器31中仅仅解扩信号9(参见图1)的窄带中的噪声将引起干扰，因为解扩信号具有更高的功率谱密度，此类干扰的结果将比原始的宽带信号小。可是，如图3b所示，解扩步骤之前需要一个抑制滤波器，以便减少来自窄带信号2(参见图1)的干扰，而且，目前操作在所需的高频处的、具有非常锐截止的可编程数字陷波滤波器是不可能实现的。 

在进行下变频和解调之前执行滤波也将是有利的，因为那样的话，仅仅在滤波器之前处理该信号的组件需要大的动态范围以便避免由于非线性引入的噪声。图6表示这样的一个接收机的假定结构，可是，正如前面提到的那样，这样一个结构不能使用在当前可用的硬件中的可编程数字滤波器获得。如果难操作，则利用类似滤波器的设备，从一组可用的滤波器选择需要的滤波器是可能的。 

图7表示扩频信号接收机的方框图，其中信号的解扩和滤波一起执行。这样一个设备具有如上所述的两个优点，即减少的噪声带宽和需要大动态范围的唯一组件仅是接收机放大器23。组件装置可以如图8所示来实现。在这里，在基带处由数字可编程陷波滤波器26将PN代码发生器27产生的PN码在基带进行滤波。然后，滤波的PN码利用混频器25用于对输入信号进行解扩，从而在接收频率处，同时获得输入信号的解扩和滤波。该信号在混频器25混频之后，由带宽滤波器35进行滤波并由放大器36放大。 

图9表示利用当前可用的硬件可以实现的改进设备。对于图8的混频器是必需的、被优化以便操作高频和低频输入的混频器，通常需要一个大功率高频信号。可是，在如图8所示的实施例中，高频信号是来自天线的低功率信号。在如图9所示的实施例中，两个混频器28和29和一个本机振荡器34替换了混频器25。因此，混频器28接收来自本机振荡器34的大功率信号，其与从陷波滤波器26接收的滤波PN码混频。然后将大功率信号与从天线放大器23接收的低功率信号 混频。在这个设备中同时将滤波的接收信号进行下变频并解扩，以便可以省略下变频器18或者，如果另外需要下变频，则可以保留下变频器18。混频器28和混频器29可以用单个混频器替换。 

在如图9所示的设备中，由混频器28产生的信号关于中心频率(Fc)对称，并具有在Fc±由衰减陷波滤波器26衰减的频率的两个衰减频率范围。这样的结果是，去除了比必要的频谱数量多两倍的频谱数量。如果使用如图9a所示的另外的上变频级50，51，则PN码被上变频到陷波滤波器28的工作范围的中频上，以使混频器28产生的信号只具有衰减频率的一个范围。 

图10表示用于对复合信号进行解码的另外一个接收机39的方框。图，该复合信号包含已经利用具有某种纠错能力的编码方案进行了编码的高功率窄带信号分量：以及一个低功率扩频信号分量。在对扩频信号分量进行解扩之前窄带信号减法器40除去大功率窄带信号分量。在窄带信号减法器40中，按照窄带信号编码方案对复合信号进行解码，由于低电平扩频信号引入到窄带信号的任何差错在这一级被纠正，而且，合成的窄带信号估计从混频信号中去掉，导致了一个宽带信号，该宽带信号是该传输扩频信号的一个好的估计。清楚地，接收机39对于接收一种信号将是有利的，按照图2发射机不衰减在该信号中的窄带频率范围内的频率。 

在下交频和解调之后执行该窄带信号的去除将是可能的。可是，如果在下变频和解调之前执行该窄带信号去除，则存在如先前讨论的优点，即仅仅接收机放大器23需要具有大的动态范围。 

图11表示窄带信号减法器40的实施例，在此，利用GSM对窄带信号编码。通过GSM解调器42解调接收的复合信号。GSM解调器42包括作为必需的前向纠错和去交错。在解调纠错发生期间，就这样去掉由任何扩频信号分量引入的一些或者所有的的差错。然后由GSM调制器44调制该解调校正信号以便产生传输的GSM信号的估计。GSM调制器提供必要的前向纠错比特和去交错。平行对应于调制和解调步骤，通过GSM信道估算器43处理接收的复合信号。这提供相位和幅度变化的估计和由传输信道引入的多径延迟。由逆均衡器(inverseequaliser)45将这些估计用于调整估计信号的相位和幅度。由减法器46将此调整了的信号从接收的复合信号的延迟中去掉。延迟元件41补偿由元件42、44、45和43引入的延迟。利用通常可用的标准GSM微芯片可实现GSM解调器42、GSM调制器44和GSM信道估算器43。利用可编程数字滤波器可以实现逆均衡器45。

实际上，在较低频率执行逆均衡而不是在接收频率执行逆均衡可能是必要的，在这种情况下，包括在GSM调制器44中的上变频将改为在45处执行逆均衡之后实现。 

图12表示改进的窄带信号减法器40’的方框图，如果窄带信号编码方案可以检测不可校正的错误时可以使用这样的改进的窄带信号减法器40’。如果解调器42检测到一不可校正的错误，则输出50用于控制转换开关51并且在46处不进行窄带信号去除。 

图13表示连接到结合解扩和陷波滤波器24”的窄带信号减法器40”的另外一个实施例的方框图，该合并的解扩和陷波滤波器24”用改进的接收器代替解扩器21(图10)。在本实施例中输出50用于控制绕过(bypass)窄带信号减法的转换开关51和用于控制转换开关.52以便控制是否绕过(bypass)陷波滤波器26。当检测到不可校正的错误时，绕过窄带信号减法并改为使用陷波滤波器26。 

Claims (6)

1.一种用于对已经通过传输信道传输的扩频信号进行解码的装置，所述扩频信号包括一个希望的扩频信号分量和一个不希望的窄带信号分量构成的复合信号，利用具有纠错能力的编码方案已经对该窄带信号编码，所述装置包括一个窄带信号减法器，该窄带信号减法器包括：

解调器(42)，用于按照该窄带信号编码方案对该复合信号进行解码和校正以便提供该窄带信号的解码版；

信道估算器(43)，用于估计所述传输信道的幅度和相位特性；

调制器(44)，用于按照所述窄带信号编码方案对所述经过解码校正的信号进行编码以便产生估计的窄带信号；

逆均衡器(45)，用于根据估计的幅度和相位特性调整该估计窄带信号的相位和幅度；和

减法模块(46)，用于从所述复合信号中减掉所述经过调整的信号以便提供该扩频信号分量的估计。

2.根据权利要求1的装置，该窄带编码方案还可以检测不可校正的错误，而且还设置所述解调器以便在检测到不可校正的错误之后，使得所述减法模块(46)不进行所述减掉。

3.根据权利要求2的装置，进一步包括衰减装置，用于衰减所述复合信号中相应于所述窄带信号分量的频率，其中，设置所述解调器以便在检测到不可校正的错误之后，使该衰减装置被利用。

4.一种用于对已经通过传输信道传输的扩频信号进行解码的方法，所述扩频信号包括一个希望的扩频信号分量和一个不希望的窄带信号分量构成的复合信号，该窄带信号已经利用具有纠错能力的编码方案进行了编码，所述方法包括减掉窄带信号，该减掉窄带信号包括如下步骤：

按照该窄带信号编码方案对该复合信号进行解码和校正以便提供该窄带信号的解码版；

估计该传输信道的幅度和相位特性；

按照该窄带信号编码方案对该经过解码校正的信号进行编码以便产生估计窄带信号；

根据估计的幅度和相位特性，调整该估计窄带信号的相位和幅度；和

从所述复合信号中减掉所述经过调整的信号以便提供该扩频信号分量的估计。

5.根据权利要求4的方法，其中

该窄带编码方案还可以检测不可校正的错误，而且

在检测到不可校正的错误之后，省略了从所述复合信号中减掉所述经过调整的信号的步骤。

6.根据权利要求5的方法，还包括在检测到不可校正的错误之后衰减相应于所述窄带信号分量的信号的频率的步骤。

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