DE69930029T2

DE69930029T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Empfang von Spreizspektrumsignalen

Info

Publication number: DE69930029T2
Application number: DE1999630029
Authority: DE
Inventors: Akio Minato-ku Aoyama
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2019-06-16
Also published as: CA2276430C; CA2276430A1; JP2000022587A; EP0969603A3; EP0969603A2; EP0969603B1; US6282229B1; DE69930029D1; JP2982795B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vertahren und eine Vorrichtung zum Empfang eines Spreizspektrum(SS)-Signals, das mit einer Pseudorausch(PN)-Sequenz zum Entspreizen zu synchronisieren ist.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Das Synchronisations-Chip-Timing zwischen dem Spreizspektrum(SS)-Signal und der Pseudorausch(PN)-Sequenz, welche zum Entspreizen benutzt wird, wird durch unabhängige Antennen detektiert, um die Mehrwege-Signale von allen Antennen zu vereinigen, wie zum Beispiel in der JP 9-64845 A (1997) offenbart.
Bei einem konventionellen SS-Signal-Empfänger unter einem Direktsequenz(DS)-System, wie in 5 gezeigt, sind unabhängige Empfangseinheiten 111 bis 11K mit Antennen 101 bis 10K parallel mit einer Antennendiversitäts-Vereinigungseinheit 121 verbunden. Die Empfangseinheiten 111 bis 11K sind hier identisch.
Das von der Antenne 101 empfangene Signal und die Spreizspektrum(SS)-Sequenz vom PN-Sequenzgenerator 6 werden in eine Gleitkorrelations-Berechnungseinrichtung 7 eingegeben.
Die Berechnung der Gleitkorrelation ist eine Multiplikation und Summation bezüglich des SS-Signals und der PN-Sequenz über eine vorbestimmte Zeitspanne, die im Allgemeinen durch eine bis mehrere Zeichen-Zeitspannen gegeben ist.
Der von der Gleitkorrelations-Berechnungseinrichtung 7 ausgegebene Korrelationssequenz-Pegel hat Spitzen bei den Synchronisations-Chip-Timings einer Mehrzahl der von der Antenne 101 empfangenen Mehrwege-Signale, wie in 2 gezeigt.
Die Korrelationssequenz wird dann in eine Korrelationsmittelwertbildungseinrichtung 8 eingegeben, die die Korrelationswerte bei jedem der Chip-Timings über eine vorbestimmte Zeitspanne mittelt. Die Korrelationsmittelwertbildungseinrichtung 8 gibt dann ein Verzögerungsprofil 91 aus.
Eine Spitzendetektoreinrichtung 9 gibt durch Detektieren von N Spitzen im Verzögerungsprofil 91N Synchronisations-Chip-Timings der Mehrwege-Signale aus. Zum Beispiel detektiert der Spitzendetektor 9N Spitzen in der Reihenfolge ihrer Pegel, die um einen oder mehrere Chips voneinander entfernt sind.
Danach werden die Synchronisations-Chip-Timings entsprechend den N Spitzen jeweils in Verzögerungsschaltungen 21 bis 2N eingegeben.
Die vom PN-Sequenzgenerator 6 ausgegebene PN-Sequenz wird in die Verzögerungsschaltungen 21 bis 2N eingegeben und dann in Multiplizierer 31 bis 3N eingegeben, um mit einem SS-Signal von der Antenne 101 multipliziert zu werden.
Die entspreizten SS-Signale werden in Koheränzdetektoreinrichtungen 41 bis 4N eingegeben, was die Phasenverschiebung des entspreizten SS-Signals auf dem Ausbreitungsweg kompensiert, und werden durch eine Wegvereinigungseinrichtung 5 vereinigt.
Weiterhin werden die Ausgangssignale der Wegvereinigungseinrichtung in jeder der Empfangseinheiten 111 bis 11K der Antennendiversitäts-Vereinigungseinheit 121 zugeführt.
Im Allgemeinen hat die von der Gleitkorrelations-Berechnungseinrichtung 7 ausgegebene Korrelationssequenz Spitzen bei den Synchronisations-Chip-Timings der von der Antenne 101 empfangenen Mehrwege-Wellen. Die Spitzen-Pegel bei den Synchronisations-Chip-Timings variieren aufgrund des Fading, das durch die Bewegung der verbundenen Mobilstation verursacht wird, wie in 3 gezeigt.
Daher ist es schwierig, die Synchronisations-Chip-Timings aufgrund des Fading zu detektieren.
Um die Spitzen des Korrelationspegels der Synchronisations-Chip-Timings von dem Rauschpegel zu unterscheiden, wird die Korrelation bei jedem der von der Gleitkorrelations-Berechnungseinrichtung 7 ausgegebenen Synchronisations-Chip-Timings durch die Korrelationsmittelwertbildungseinrichtung 8 über eine vorbestimmte Zeitspanne gemittelt. Die Korrelationsmittelwertbildungseinrichtung 8 kann daher ein Verzögerungsprofil 91 ausgeben, das vom Rauschpegel deutlich zu unterscheiden ist.
Es braucht aber eine lange Zeit, um die Mittelwertbildungsprozedur in der Korrelationsmittelwertbildungseinrichtung 8 zu vollenden.
Aus der WO 98/08319 ist eine Vorrichtung zum Empfang eines Spreizspektrumsignals mit einer Mehrzahl von Empfangseinheiten und jeweiligen Antennen bekannt. Jede Empfangseinheit enthält eine Schwellenwert- oder Spitzendetektoreinrichtung, deren Ausgänge dann mit einer Vereinbarungseinrichtung für gemeinsames Timing verbunden werden, um eine gemeinsame zeitliche Lage der Signalspitzen zu erhalten.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Spreizspektrum(SS)-Signalempfänger bereitzustellen, bei dem die Synchronisations-Chip-Timings von Mehrwege-Signalen schnell detektiert werden können, auch wenn eine Dopplerfrequenz aufgrund einer langsamen Bewegung einer Mobilstation niedrig ist.
Bei dem Verfahren und der Vorrichtung zum Empfang von Spreizspektrum(SS)-Signalen der vorliegenden Erfindung werden SS-Signale von einer Mehrzahl von Antennen empfangen. Danach wird ein Verzögerungsprofil als eine Korrelation zwischen einem SS-Signal und einer vorbestimmten PN-Sequenz für jede Antenne berechnet. Danach werden die für jede Antenne berechneten Verzögerungsprofile vereinigt. Danach werden die Synchronisations-Chip-Timings aus dem vereinigten Verzögerungsprofil detektiert. Danach werden die detektierten Synchronisations-Chip-Timings gemeinsam von jeder Empfangseinheit verwendet. Danach wird jedes Mehrwege-Signal bei dem Synchronisations-Chip-Timing entspreizt. Danach werden die entspreizten Mehrwege-Signale in jeder Empfangseinheit vereinigt, um eine Wegdiversitätswirkung zu erzielen. Schließlich werden die vereinigten Signale in jeder der Empfängereinheiten vereinigt, um eine Antennendiversitätswirkung zu erzielen.
Kurz, jedes von jeder Antenne empfangene SS-Signal wird verwendet, um jedes Verzögerungsprofil parallel zu berechnen, woraus ein Synchronisations-Chip-Timing detektiert wird. Das detektierte Timing wird gemeinsam jeder Antenne zugeführt.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann man ein stabiles Verzögerungsprofil in einer kürzeren Zeitspanne erhalten als bei der konventionellen Technik, bei der die Korrelation vor dem Vereinigen der Verzögerungsprofile gemittelt wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird das Synchronisations-Chip-Timing nach dem Vereinigen der Verzögerungsprofile aus einem Satz unabhängige Antennen detektiert.
Dementsprechend kann die Verfolgungsfähigkeit verbessert werden, auch wenn sich das Synchronisations-Chip-Timing aufgrund der schnellen Bewegung einer Mobilstation schnell ändert.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird außerdem die Zahl der Spitzendetektoreinrichtungen reduziert, da die Spitze nach dem Vereinigen der Verzögerungsprofile detektiert wird.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm eines Spreizspektrumsignalempfängers der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Beispiel für ein dreidimensionales Diagramm einer zeitabhängigen Korrelationssequenz gegen das Chip-Timing.
3 ist ein Beispiel für einen zeitabhängigen Spitzenpegel einer konventionellen Korrelationssequenz in einem konventionellen Empfänger.
4 ist ein Beispiel für einen zeitabhängigen Spitzenpegel einer Korrelationssequenz bei der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Blockdiagramm eines konventionellen Spreizspektrumsignalempfängers.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Der Empfänger der vorliegenden Erfindung, wie in 1 gezeigt, ist mit einer Verzögerungsprofil-Vereinigungseinrichtung 122 zum Vereinigen der Verzögerungsprofile von einer Mehrzahl von parallelen Empfangseinheiten 111 bis 11K versehen. Auf Basis des Ausgangssignals der Verzögerungsprofil-Vereinigungseinrichtung 122 werden Synchronisations-Chip-Timings von Mehrwege-Signalen durch eine Spitzendetektoreinrichtung 123 detektiert. Weiterhin wird das detektierte Timing gemeinsam an die Empfangseinheiten 111 bis 11K ausgegeben. Die Empfangseinheiten 111 bis 11K sind hier identisch.
Die Empfangseinheit 111 enthält eine Antenne 101, eine Wegvereinigungs-Empfangseinrichtung 1, einen PN-Sequenzgenerator 6, eine Gleitkorrelations-Berechnungseinrichtung 7 und eine Korrelationsmittelwertbildungseinrichtung 8.
Die Wegvereinigungs-Empfangseinrichtung 1 enthält weiterhin eine Mehrzahl von Verzögerungsschaltungen 21 bis 2N, Multiplizierer 31 bis 3N, Detektoreinrichtungen 41 bis 4N und eine Wegvereinigungseinrichtung 5.
Der PN-Sequenzgenerator 6 gibt eine vorbestimmte PN-Sequenz mit einem beliebigen Chip-Timing aus.
Die Gleitkorrelations-Berechnungseinrichtung 7 berechnet Korrelationssequenzen zwischen einem SS-Signal von der Antenne 101 und einer PN-Sequenz vom PN-Sequenzgenerator 6 unter einer Mehrzahl von Chip-Timings.
Die durch die Gleitkorrelations-Berechnungseinrichtung 7 berechnete Korrelation ist eine Summation über eine vorbestimmte Zeitspanne von Multiplikationen von SS-Signal und PN-Sequenz.
Die Korrelationsmittelwertbildungseinrichtung 8 mittelt über eine vorbestimmte Zeit spanne die von der Gleitkorrelations-Berechnungseinrichtung 7 ausgegebene Korrelation unter einem Chip-Timing, wodurch die Korrelationsmittelwertbildungseinrichtung 8 ein Verzögerungsprofil 91 ausgibt, dessen Spitze und Rauschen geglättet sind.
Die Verzögerungsprofil-Vereinigungseinrichtung 122 vereinigt die jeweils von den Empfangseinheiten 111 bis 11K erhaltenen Verzögerungsprofile 91 bis 9K, um ein vereinigtes Verzögerungsprofil auszugeben.
Die Spitzendetektoreinrichtung 123 detektiert N Spitzen aus dem von der Verzögerungsprofil-Vereinigungseinrichtung 122 ausgegebenen vereinigten Verzögerungsprofil, um die Empfangseinheiten 111 bis 11K mit Synchronisations-Chip-Timings zu versorgen, die den N Spitzen entsprechen.
Die Verzögerungsschaltungen 21 bis 2N verzögern die PN-Sequenzen vom PN-Sequenzgenerator 6 auf Basis der Synchronisations-Chip-Timings von der Spitzendetektoreinrichtung 123.
Daher werden die durch die Verzögerungsschaltungen 21 bis 2N verzögerten PN-Sequenzen mit dem SS-Signal synchronisiert.
Die Multiplizierer 31 bis 3N multiplizieren zum Entspreizen das SS-Signal von der Antenne 101 mit der durch die Verzögerungsschaltungen 21 bis 2N synchronisierten PN-Sequenz.
Die Koheränzdetektoreinrichtungen 41 bis 4N kompensieren die Phasenverschiebung des entspreizten Signals von den Multiplizierern 31 bis 3N und speisen die Wegvereinigungseinrichtung 5 mit dem Ausgangssignal des Koheränzdetektors 41.
Die Wegvereinigungseinrichtung 5 vereinigt die Signale nach Koheränzdetektion für jeden Weg, was ein Ausgangsignal der Wegvereinigungs-Empfangseinrichtung 1 für die Empfangseinheit 111 ist. Das Ausgangssignal der Wegvereinigungs-Empfangseinrichtung 1 wird der Antennendiversitäts-Vereinigungseinheit 121 zugeführt.
Die Antennendiversitäts-Vereinigungseinheit 121 vereinigt die Ausgangssignale aller Wegvereinigungs-Empfangseinrichtungen für die Empfangseinheiten 111 bis 11K.
Weiterhin wird die Verzögerungsprofil-Vereinigungseinrichtung 122 hier näher erläutert. Hier wird angenommen, dass die Korrelationsspitzen bei den Synchronisations-Chip-Timings in Verzögerungsprofilen unabhängig voneinander variieren, da die Bedingung, dass die Antennen verglichen mit der Trägerwellenlänge weit genug voneinander beabstandet sind, nötig ist, um die Antennendiversitätswirkung zu erzielen. Weiterhin wird angenommen, dass die Synchronisations-Chip-Timings für jedes von unabhängigen Antennen empfangene SS-Signal im Allgemeinen fast gleich sind, da die Entfernung zwischen den getrennten unabhängigen Antennen klein genug ist, dass die Träger innerhalb der Dauer eines Chips gleichzeitig ankommen.
In diesem Fall kann die Schwankung des Korrelationsspitzenpegels unterdrückt werden, indem die Verzögerungsprofile 91 bis 9K von dem Empfangseinheiten 111 bis 11K unter Verwendung der Verzögerungsprofil-Vereinigungseinrichtung 122 vereinigt werden.
Das von der Verzögerungsprofil-Vereinigungseinrichtung 122 ausgegebene vereinigte Verzögerungsprofil hat eine gemittelte und geglättete Pegelschwankung, wie in 4 gezeigt.
Dementsprechend braucht es weniger Mittelwertbildungszeit in der Korrelationsmittelwertbildungseinrichtung 8 als das konventionelle Verfahren und die konventionelle Vorrichtung benötigen.
Mit anderen Worten, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann das Synchronisations-Chip-Timing schnell detektiert werden, und eine Fähigkeit, eine Mobilstation zu verfolgen, kann verbessert werden, auch wenn sich das Synchronisations-Chip-Timing aufgrund der schnellen Bewegung der Mobilstation schnell ändert.
Das schnellste Verfahren unter verschiedenen Verfahren zum Vereinigen von Verzögerungsprofilen in der Verzögerungsprofil-Vereinigungseinrichtung 122 ist es, die Verzögerungsprofile mit demselben Chip-Timing zu addieren. In Übereinstimmung mit dem schnellsten Verfahren werden die Spitzen in dem vereinigten Profil groß genug, um die Synchronisations-Chip-Timings genau zu extrahieren, da der Rauschpegel, der nur in einem bestimmten Verzögerungsprofil enthalten ist, im vereinigten Profil gemittelt und reduziert ist.
Jedem der Verzögerungsprofile kann vor dem Vereinigen ein Gewicht gegeben werden. Zum Beispiel können die Korrelationspegel bei einem Synchronisations-Chip-Timing in der Vergangenheit, vorzugsweise der Vergangenheit, welche so jüngst wie der gegenwärtige Zeitpunkt ist, aufsummiert werden. Danach wird auf Basis der Summation das Gewicht für jedes Profil bestimmt.
Die Summation bei den vergangenen Zeitpunkten nähert sich der Summation bei den gegenwärtigen Zeitpunkten an, wenn sich die vergangenen Zeitpunkte den gegenwärtigen Zeitpunkten annähern.
Daher werden die Korrelationspegel bei einem Synchronisations-Chip-Timing in der Vergangenheit, welche so jüngst wie der gegenwärtige Zeitpunkt ist, verwendet, um die Summation zu erhalten.
Das Gewicht wird für das Profil, das eine größere Summation ergibt, groß gemacht, da so ein Profil wesentlich signifikant ist, um das Synchronisations-Chip-Timing zu detektieren.
Das Gewicht kann auch auf Basis des im empfangenen SS-Signal enthaltenen Rauschpegels bestimmt werden.
In diesem Fall kann der Rauschpegel eine mittlere Korrelation bei dem Chip-Timing mit Ausnahme des gegenwärtigen Synchronisations-Chip-Timing sein. Der Rauschpegel kann auch ein Rauschpegel eines entspreizten Signals sein.
Das Gewicht wird für das Profil, das ein geringeres Rauschen ergibt, groß gemacht, da so ein Profil wesentlich signifikant ist, um das Synchronisations-Chip-Timing zu detektieren.
Außerdem kann das Gewicht auf Basis des Verhältnisses eines Rauschpegels des empfangenen SS-Signals zu einem Korrelationspegel in der Vergangenheit bestimmt werden.
Das Gewicht wird für das Profil, das ein geringeres Verhältnis ergibt, groß gemacht.
Daher wird das Synchronisations-Chip-Timing auf Basis sowohl des Korrelationspegels als auch des Rauschpegels bestimmt.
Die vorliegende Erfindung wurde zwar in Bezug auf ihre beste Ausführungsform gezeigt und beschrieben, der Fachmann erkennt aber, dass die vorhergehenden und verschiedene andere Änderungen, Weglassungen und Hinzufügungen in deren Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Empfang eines Spreizspektrumsignals, bei dem jedes von einer Mehrzahl von Synchronisations-Chip-Timings gemeinsam einer Mehrzahl von Empfangseinheiten (111, 112, ..., 11K) zugeführt werden, wobei Wege zu jeder der Empfangseinheiten unabhängig vereinigt werden und die vereinigten Wege vereinigt werden, um ein entspreiztes Ausgangssignal zu erhalten, welches Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen des Spreizspektrumsignals unter Verwendung einer Mehrzahl von Antennen (101, 102, ..., 10K), für jede der Empfangseinheiten eine; Berechnen von Korrelationen zwischen dem Spreizspektrumsignal und einer PN-Sequenz in jeder der Empfangseinheiten; Erzeugen eines Verzögerungsprofils auf Basis der Korrelationen in jeder der Empfangseinheiten; Addieren der aus jeder der Empfangseinheiten erhaltenen Verzögerungsprofile; und Detektieren der Synchronisations-Chip-Timings auf Basis der addierten Verzögerungsprofile.
Verfahren zum Empfang eines Spreizspektrumsignals, nach Anspruch 1, welches Verfahren weiterhin die folgenden Schritte umfasst: Mitteln der Korrelationen in jeder der Empfangseinheiten (111, 112, ..., 11K); und Extrahieren von einer oder mehreren Spitzen als die Synchronisations-Chip-Timings aus den vereinigten Verzögerungsprofilen.
Verfahren zum Empfang eines Spreizspektrumsignals, nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Verzögerungsprofile für jedes Chip-Timing summiert werden.
Verfahren zum Empfang eines Spreizspektrumsignals, nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jeder der Korrelationen ein Gewicht gegeben wird und jedes der Verzögerungsprofile bei jedem Chip-Timing summiert wird.
Verfahren zum Empfang eines Spreizspektrumsignals, nach Anspruch 4, bei dem das Gewicht auf Basis von vergangenen Korrelationen bestimmt wird.
Verfahren zum Empfang eines Spreizspektrumsignals, nach Anspruch 4, bei dem das Gewicht auf Basis eines Rauschens des Spreizspektrumsignals bestimmt wird.
Verfahren zum Empfang eines Spreizspektrumsignals, nach Anspruch 4, bei dem das Gewicht auf Basis eines Verhältnisses von vergangenen Korrelationen zu einem Rauschen des Spreizspektrumsignals bestimmt wird.
Vorrichtung zum Empfang eines Spreizspektrumsignals, die Folgendes aufweist: eine Mehrzahl von Empfangseinheiten (111, 112, ..., 11K), von denen eine jede Folgendes aufweist: eine Antenne (101, 102, ..., 10K) zum Empfang eines Spreizspektrumsignals; eine Gleitkorrelations-Berechnungseinrichtung (7) zum Berechnen von Korrelationen zwischen dem Spreizspektrumsignal und einer PN-Sequenz bei einer Mehrzahl von Chip-Timings; und eine Wegvereinigungs-Empfangseinrichtung (1) zum Vereinigen von Wegen des Spreizspektrumsignals unter Verwendung von Synchronisations-Chip-Timings; wobei jede Empfangseinheit weiterhin dafür eingerichtet ist, jede Korrelation mit einem Gewicht zu multiplizieren und auf Basis der gewichteten Korrelationen ein Verzögerungsprofil auszugeben; eine Verzögerungsprofil-Vereinigungseinrichtung (122) zum Addieren der aus jeder der Mehrzahl von Empfangseinheiten erhaltenen Verzögerungsprofile bei jedem Chip-Timing; eine Spitzendetektoreinrichtung (123) zum Detektieren von einer oder mehreren Spitzen in dem Ausgangsignal aus der Verzögerungsprofil-Vereinigungseinrichtung als die Synchronisations-Chip-Timings; eine Antennendiversity-Vereinigungseinrichtung (121) zum Vereinigen der Ausgangssignale aus der Wegvereinigungs-Empfangseinrichtung.
Vorrichtung zum Empfang eines Spreizspektrumsignals, nach Anspruch 8, bei der jede Empfangseinheit weiterhin Folgendes aufweist: eine Korrelationsmittelungseinrichtung (8) zum Mitteln des Ausgangssignals aus der Gleitkorrelations-Berechnungseinrichtung.