TWI416912B - 用於時序偵測之方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及通信系統，更具體而言，涉及用於在無線通信系統中對資料進行解調的系統和方法。
個人手持電話系統(PHS)是工作在1.88－1.93 GHz頻帶中的移動電話系統。個人手持電話系統(PHS)是具有將信號從一個基地台越區切換(handover)到另一基地台(cells)的能力的無線電話系統。個人手持電話系統(PHS)基地台比使用全球移動通信系統(GSM)的蜂窩電話系統的基地台要小。
通常，個人手持電話系統(PHS)具有500mW的發射功率和10－100公尺的範圍。個人手持電話系統(PHS)在呼叫流量大的地區(例如商業區、市區等)以最低限度的擁塞提供服務。這是藉著以每隔100－200公尺的徑向距離安裝基地台來完成的。因而，個人手持電話系統(PHS)尤其適合用於城市地區。
基於個人手持電話系統(PHS)的電話可以用於家庭、辦公室和室外。個人手持電話系統(PHS)為使用地面線路的傳統電話系統提供了划算的替換方案。此外，基於個人手持電話系統(PHS)的電話可以與傳統電話系統介面。因而，在傳統電話系統的地面線路無法到達用戶的物理位置的情況下，用戶可以使用個人手持電話系統(PHS)來建立與傳統電話系統的通信，並且聯繫到由傳統電話系統服務的其他用戶。
個人手持電話系統(PHS)用分時多重存取(Time Division Multiple Access,TDMA)作為無線電介面，並且用可適性差分脈衝波編碼調變(Adaptive Differential Pulse Code Modulation,ADPCM)作為語音編解碼器(codec)。codec包括類比/數位轉換器(ADC)和數位/類比轉換器(DAC)，它們在類比和數位格式之間轉換信號。
分時多重存取(TDMA)是數位信號傳輸方案，它允許多個用戶訪問單個射頻(RF)通道。通道之間的干擾藉著向每個通道內的每個用戶分配唯一的時隙來避免。例如，個人手持電話系統(PHS)訊框(frames)包括四個通道：一個控制通道和三個流量通道。每個通道被劃分成兩個時隙。控制通道為每個呼叫者分配一個用於上行連接或發射的時隙，以及一個用於下行連接或接收的時隙。
與直接量化語音信號的PCM codec不同，可適性差分脈衝波編碼調變(ADPCM)codec對語音信號和對語音信號的預測之間的差異進行量化。如果預測精確，則實際語音和預測的語音之間的差異的變化將會低於實際語音的變化。此外，可以用比量化實際語音所需的位元數更少的位元來精確量化差異。在解碼的同時，經量化的差異信號被添加到預測的信號，以重建原始語音信號。藉著使用自適應預測和量化以便預測器和差異量化器適應於被編碼的語音的變化的特性，因而有助於codec的性能。
現參考圖1，示例性個人手持電話系統(PHS)電話10包括天線12、包括發射模組18和接收模組20的信號處理模組16、記憶體22、電源24以及I/O模組26。I/O模組26可以包括各種用戶介面，例如麥克風26－1、揚聲器26－2、顯示器26－3、小鍵盤26－4、照相機26－5等等。
發射模組18將來自麥克風26－1、照相機26－5等的用戶輸入轉換為個人手持電話系統(PHS)相容的信號。接收模組20將接收自天線12的資料轉換成用戶可識別的格式，並將其經由揚聲器26－2、照相機26－5等輸出。信號處理模組16利用記憶體22來處理發射到和接收自天線12的資料。電源24向電話10提供電力。
數位資料通常由0和1表示，這些0和1被稱為位元。資料一般是藉著利用基帶資訊承載信號調製載波信號的幅度、頻率或相位而被發射的。正交相移鍵控(QPSK)是通信系統中一般使用的相位調製的一種形式。在QPSK中，資訊位元被成對組合，這些對被稱為雙位(dibit)。因而，QPSK使用代表雙位值00、01、10和11的四個符號。QPSK將四個符號映射到四個固定的相位角。例如，符號00可以被映射到(＋3 π/4)。另一方面，π/4－DQPSK使用差分編碼，其中符號和相位角之間的映射發生變化。此外，π/4－DQPSK將四個符號中的每一個映射到實相位角和虛相位角，因而產生八點星座。
現參考圖2A和圖2B，發射模組18包括可適性差分脈衝波編碼調變(ADPCM)模組50、訊框器模組52、串平行轉換器模組54、DQPSK映射器模組56、平方根升餘弦(SRRC)濾波器模組58和升頻採樣(upsample)模組60。接收模組20包括降頻採樣模組70、自動增益控制(AGC)模組72、包括載波獲取模組74和均衡模組76的解調器75、解映射器和並串列轉換器模組78、解訊框器模組80和可適性差分脈衝波編碼調變(ADPCM)模組82。
當在通道上從電話10發射資料時，可適性差分脈衝波編碼調變(ADPCM)模組50將音頻和/或視頻信號轉換成數位資料的位元。訊框器模組52將數位資料劃分成訊框。串平行轉換器模組54將訊框中的位元轉換為符號。DQPSK映射器模組56可以使用諸如π/4－DQPSK調製這樣的調製方案，它將每個訊框中的四個符號的四個實值和四個虛值映射到總共八個相位角，並生成複基帶信號。
SRRC濾波器模組58實質上是一個奈奎斯特脈衝整形濾波器，它限制信號的頻寬。此外，SRRC濾波器模組58從複基帶信號中去除混頻器產物。升頻採樣模組60包括正交載波振盪器，它被用於將經相位調製的基帶信號轉換成經相位調製的載波信號。升頻採樣模組60以大於奈奎斯特頻率兩倍的採樣頻率在通道上發射經相位調製的載波信號。
當電話10接收到來自天線12的信號時，降頻採樣模組70利用非同步振盪器對信號進行降頻採樣。降頻採樣模組70將信號從經相位調製的載波信號下變頻為經相位調製的基帶信號。不論輸入信號強度由於傳輸損耗、雜訊、干擾等等而發生怎樣的變化，AGC模組72都維持信號增益相對穩定。
載波獲取模組74對信號進行解調，取得載波相位資訊，並且從信號解碼出符號值。均衡模組76校正信號中存在的任何失真。解映射器和並串列轉換器模組78將經解調的信號解映射並轉換到串列位元流。解訊框器模組80將訊框組合成數位資料位元。可適性差分脈衝波編碼調變(ADPCM)模組82將數位資料位元轉換成音頻和/或視頻資料，並將資料輸出到電話10的揚聲器26－2和/或顯示器26－3。
一種無線通信系統包括採樣模組，其利用採樣時間對通道的第一部分和第二部分進行採樣。相關器模組選擇性地對第一部分和第二部分獲取相關，以產生相關樣本，並且基於相關樣本計算偏移(offset)。定時模組基於偏移選擇性地調整採樣時間。
在其他特徵中，第一部分是前同步(PR)，第二部分是同步特字(UW)。當通道是流量通道時，相關器模組選擇性地對第一部分和第二部分獲取相關。當通道是流量通道時，定時模組基於偏移調整採樣時間。當通道是控制通道時，定時模組基於第一部分調整採樣時間。
在其他特徵中，相關模組利用相關樣本產生相關波形，確定相關波形的峰值，並且基於峰值與相關樣本之一的距離來計算偏移。
在其他特徵中，相關模組利用相關樣本產生相關波形，利用拋物線曲線擬合確定相關波形的峰值，並且基於峰值與相關樣本之一的距離來計算偏移。
在其他特徵中，相關器模組針對通道的每個時隙對第一部分和第二部分獲取相關。相關器模組利用通道中的訓練符號來獲取相關。通道包括多個時隙，並且其中定時模組針對時隙中的每一個來計算偏移。相關器模組基於控制通道的採樣時間並且基於控制通道中檢測到的突發(burst)來估計流量通道中的第二部分的位置。
在其他特徵中，突發檢測器模組與採樣模組通信，檢測控制通道中的突發，並且在N個相位之一的滑動平均小於預定閥值時生成突發檢測信號。N個相位之一是以每符號N樣本的採樣率採樣的信號中的每個符號的第N樣本的陣列，並且N是大於1的整數。突發檢測信號啟動定時模組。載波偏移估計器模組與突發檢測器模組通信，並且在被突發檢測信號啟動時為控制通道生成載波偏移。
在其他特徵中，載波恢復模組與採樣模組通信，並且利用鎖相環(PLL)來從由採樣模組輸出的樣本中恢復載波信號。PLL被用載波偏移初始化，並且其中載波偏移在PLL對通道中的每個時隙鎖定時被更新。差分解碼器模組與載波恢復模組通信並且從樣本中解碼出符號。採樣模組使用立方內插器和拋物線內插器之一。採樣模組的輸出採樣速率等於符號速率，並且其中採樣模組的輸入採樣速率是符號速率的整數倍。一種個人手持電話系統(PHS)接收器包括該無線通信系統。
一種無線通信系統包括採樣裝置，用於利用採樣時間對通道的第一部分和第二部分進行採樣。相關器裝置選擇性地對第一部分和第二部分獲取相關，以產生相關樣本，並且基於相關樣本計算偏移。定時裝置基於偏移選擇性地調整採樣時間。
在其他特徵中，第一部分是前同步(PR)，第二部分是同步特字(UW)。當通道是流量通道時，相關器裝置選擇性地對第一部分和第二部分獲取相關。當通道是流量通道時，定時裝置基於偏移調整採樣時間。當通道是控制通道時，定時裝置基於第一部分調整採樣時間。相關裝置利用相關樣本產生相關波形，確定相關波形的峰值，並且基於峰值與相關樣本之一的距離來計算偏移。相關裝置利用相關樣本產生相關波形，利用拋物線曲線擬合確定相關波形的峰值，並且基於峰值與相關樣本之一的距離來計算偏移。
在其他特徵中，相關器裝置針對通道的每個時隙對第一部分和第二部分獲取相關。相關器裝置利用通道中的訓練符號來獲取相關。通道包括多個時隙，並且其中定時裝置針對時隙中的每一個計算偏移。
在其他特徵中，相關器裝置基於控制通道的採樣時間並且基於控制通道中檢測到的突發來估計流量通道中的第二部分的位置。突發檢測器裝置與採樣裝置通信，檢測控制通道中的突發，並且在N個相位之一的滑動平均小於預定閥值時生成突發檢測信號，其中N個相位之一是以每符號N樣本的採樣率採樣的信號中的每個符號的第N樣本的陣列，並且N是大於1的整數。突發檢測信號啟動定時裝置。載波偏移估計器裝置與突發檢測器裝置通信，並且在被突發檢測信號啟動時為控制通道生成載波偏移。載波恢復裝置與採樣裝置通信，並且利用鎖相環(PLL)來從由採樣裝置輸出的樣本中恢復載波信號。PLL被用載波偏移初始化。載波偏移在PLL對通道中的每個時隙鎖定時被更新。
在其他特徵中，差分解碼器裝置與載波恢復裝置通信並且從樣本中解碼出符號。採樣裝置使用立方內插器和拋物線內插器之一。採樣裝置的輸出採樣速率等於符號速率，並且其中採樣裝置的輸入採樣速率是符號速率的整數倍。一種個人手持電話系統(PHS)接收器包括該無線通信系統。
一種由處理器執行的電腦程式，用於操作無線通信系統，包括：利用採樣時間對通道的第一部分和第二部分進行採樣；選擇性地對第一部分和第二部分獲取相關；產生相關樣本；基於相關樣本計算偏移；並且基於偏移選擇性地調整採樣時間。
在其他特徵中，第一部分是前同步(PR)，第二部分是同步特字(UW)。當通道是流量通道時，電腦程式選擇性地對第一部分和第二部分獲取相關。當通道是流量通道時，電腦程式包括基於偏移調整採樣時間。當通道是控制通道時，電腦程式包括基於第一部分調整採樣時間。電腦程式包括利用相關樣本產生相關波形；確定相關波形的峰值；並且基於峰值與相關樣本之一的距離來計算偏移。
在其他特徵中，電腦程式包括利用相關樣本產生相關波形；利用拋物線曲線擬合確定相關波形的峰值；並且基於峰值與相關樣本之一的距離來計算偏移。電腦程式包括針對通道的每個時隙對第一部分和第二部分獲取相關。電腦程式包括利用通道中的訓練符號來獲取相關。
在其他特徵中，通道包括多個時隙，並且還包括針對時隙中的每一個計算偏移。電腦程式包括基於控制通道的採樣時間並且基於控制通道中檢測到的突發來估計流量通道中的第二部分的位置。電腦程式包括檢測控制通道中的突發；並且在N個相位之一的滑動平均小於預定閥值時產生突發檢測信號。N個相位之一是以每符號N樣本的採樣率採樣的信號中的每個符號的第N樣本的陣列，並且N是大於1的整數。
在其他特徵中，電腦程式包括在突發檢測信號出現時調整採樣時間。電腦程式包括在突發檢測信號出現時為控制通道產生載波偏移。電腦程式包括利用鎖相環來從採樣輸出中恢復載波信號。電腦程式包括利用載波偏移初始化PLL；並且在PLL對通道中的每個時隙鎖定時更新載波偏移。
在其他特徵中，電腦程式包括從樣本中解碼出符號。電腦程式包括使用立方內插器和抛物線內插器之一。電腦程式包括將輸出採樣速率設置為等於符號速率；並且將輸入採樣速率設置為等於符號速率的整數倍。
在其他特徵中，上述系統和方法由一個或多個處理器所執行的電腦程式實現。該電腦程式可以駐留在電腦可讀介質上，例如但不限於記憶體、非易失性資料存儲裝置和/或其他合適的有形存儲介質。
一種電腦方法，包括：利用採樣時間對通道的第一部分和第二部分進行採樣；選擇性地對第一部分和第二部分獲取相關；產生相關樣本；基於相關樣本計算偏移；並且基於偏移選擇性地調整採樣時間。
在其他特徵中，第一部分是前同步(PR)，第二部分是同步特字(UW)。當通道是流量通道時，電腦方法選擇性地對第一部分和第二部分獲取相關。當通道是流量通道時，電腦方法包括基於偏移調整採樣時間。當通道是控制通道時，電腦方法包括基於第一部分調整採樣時間。電腦方法包括利用相關樣本產生相關波形；確定相關波形的峰值；並且基於峰值與相關樣本之一的距離來計算偏移。
在其他特徵中，電腦方法包括利用相關樣本產生相關波形；利用抛物線曲線擬合確定相關波形的峰值；並且基於峰值與相關樣本之一的距離來計算偏移。電腦方法包括針對通道的每個時隙對第一部分和第二部分獲取相關。電腦方法包括利用通道中的訓練符號來獲取相關。
在其他特徵中，通道包括多個時隙，並且還包括針對時隙中的每一個計算偏移。電腦方法包括基於控制通道的採樣時間並且基於控制通道中檢測到的突發來估計流量通道中的第二部分的位置。電腦方法包括檢測控制通道中的突發；並且在N個相位之一的滑動平均小於預定閥值時產生突發檢測信號。N個相位之一是以每符號N樣本的採樣率採樣的信號中的每個符號的第N樣本的陣列，並且N是大於1的整數。
在其他特徵中，電腦方法包括在突發檢測信號出現時調整採樣時間。電腦方法包括在突發檢測信號出現時為控制通道產生載波偏移。電腦方法包括利用鎖相環來從採樣輸出中恢復載波信號。電腦方法包括利用載波偏移初始化PLL；並且在PLL對通道中的每個時隙鎖定時更新載波偏移。
在其他特徵中，電腦方法包括從樣本中解碼出符號。電腦方法包括使用立方內插器和拋物線內插器之一。電腦方法包括將輸出採樣速率設置為等於符號速率；並且將輸入採樣速率設置為等於符號速率的整數倍。
在其他特徵中，上述系統和方法由一個或多個處理器所執行的電腦方法實現。該電腦方法可以駐留在電腦可讀介質上，例如但不限於記憶體、非易失性資料存儲裝置和/或其他合適的有形存儲介質。
本發明的其他應用領域可以從以下提供的詳細描述中顯現出來。應當理解，詳細描述和具體示例雖然指顯示出本發明的優選實施例，但卻只是用於說明目的，而不是想要限制本發明的範圍。
以下對優選實施例的描述只是示例性的，絕不是想要限制本發明、其應用或者用途。為了清晰，在附圖中將使用相同的標號來標識類似的元件。這裏所使用的術語模組、電路和/或設備是指專用積體電路(ASIC)、電子電路、執行一個或多個軟體或固件程式的處理器(共用的、專用的或群組的)和記憶體、組合邏輯電路，以及/或者其他提供所描述的功能的合適的元件。這裏所使用的短語“A、B和C中的至少一個”應當被解釋為意指邏輯(A或B或C)，其中使用非排除性邏輯或。應當理解，方法內的步驟可以以不同的順序來執行，而不會改變本發明的原理。
本發明可以應用於通信系統。例如，本發明可以應用於無線通信系統。本發明還可以應用於分時多重存取(TDMA)系統。在前述描述中，本發明論述了個人手持電話系統(PHS)。然而，本發明並不是想要被限於個人手持電話系統(PHS)或分時多重存取(TDMA)系統。
個人手持電話系統(PHS)電話中的接收器估計載波相位(和頻率)、恢復符號定時並且估計接收到的符號的最可能的值。接收器利用符號定時恢復方案來估計接收到的信號中的符號的定時。如果接收到的信號是在適當的時間被採樣的，則接收器獲得符號的正確值。
定時信號確定可以對接收到的信號採樣以取得正確的符號值的時間。在接收器識別出正確的符號定時之後，接收器以正確的符號定時對接收到的信號進行採樣。接收器從藉著以正確符號定時對接收到的信號進行採樣而產生的樣本中取得載波和符號，並且估計符號的最可能的值。然後，接收器將估計轉換成雙位。
某些符號定時恢復方案可以利用當前樣本和先前樣本之間的相位差來確定符號定時。然而，如果相位估計錯誤，符號值則可能是錯誤的，這是因為接收器可能實際上使用的是與發射器在發射符號時使用的符號映射不同的符號映射。
某些發射器在發射信號時將固定的同步樣式插入到調製中。接收器搜索該樣式並正確地恢復符號。然而，此方案消耗了本來能被用來承載資料的頻寬。或者，接收器可以藉著用額外的硬體來精確地恢復符號。然而，添加硬體可能會增大系統成本並減小系統的可銷售性。
在本發明中，個人手持電話系統(PHS)接收器藉著使用一種解調方案來相當精確地從接收到的信號中採樣和恢復符號，所述解調方案包括相位相關、抛物線曲線擬合以及使用正確的符號定時進行的內插。由個人手持電話系統(PHS)接收器接收到的信號，以等於採樣速率的三倍的採樣速率被降頻採樣。因而，每個符號具有三個樣本。解調方案識別三個樣本中最佳的那個來解調。最佳樣本被解碼，以獲得每個符號的正確值。
一般來說，個人手持電話系統(PHS)信號包括一系列分時多重存取(TDMA)訊框。每個分時多重存取(TDMA)訊框可以持續5毫秒(mS)，其中2.5mS用於上行連接(uplinks)或發射，2.5mS用於下行連接(downlinks)或接收。每個分時多重存取(TDMA)訊框可以包括四個通道：一個控制通道和三個流量通道。每個通道具有兩個時隙：一個時隙用於上行連接，一個時隙用於下行連接。因而，每個分時多重存取(TDMA)訊框總共有四個時隙。
控制通道使用與流量通道使用的(一個或多個)載波頻率不同的載波頻率。流量通道可以使用相同或不同的載波頻率。
每個分時多重存取(TDMA)訊框包括針對每個通道的同步特字(UW)的前同步(PR)。UW包括個人手持電話系統(PHS)的標識資訊。個人手持電話系統(PHS)用UW作為安全性特徵，以認證用戶對個人手持電話系統(PHS)的訪問。
通常，分時多重存取(TDMA)信號是以突發(burst)形式發射的。突發一般包括幅度從零到正常值的初始增大，之後是經調製的資料，以及幅度減小到零。在控制通道中檢測突發，並且藉著利用PR中的周期性樣式來為控制通道恢復位元定時。突發包括八個訓練符號的序列。該序列一般被插入在每個時隙的中部，並且被稱為中同步(midamble)。個人手持電話系統(PHS)接收器中的等化器利用該序列來降低符號間干擾。
此外，解調方案將訓練符號用於流量通道中的相關。基於控制通道中的突發檢測和控制通道的位元定時，確定流量通道中的UW的近似位置。藉著為每個流量通道執行PR和UW的相位相關，來計算流量通道的相當精確的位元定時。利用訓練符號執行PR和UW的相位相關，並且為每個時隙生成相關樣本。利用每個時隙的相關樣本產生相關曲線。將相關曲線擬合到拋物線上，並且計算拋物線的峰值。
拋物線的峰值近似等於相關曲線的峰值。相關曲線的峰值對應於可從其正確解碼出符號的最佳樣本。拋物線的峰值的x座標對應於對符號進行採樣以獲得符號的正確值的最佳時間。
此外，拋物線的峰值和相關曲線上的相鄰點之間的距離對應於最佳樣本和與最佳樣本相鄰的樣本之間的距離。基於拋物線的峰值和相關曲線上的相鄰點之間的距離來計算定時偏移。利用定時偏移調整對符號採樣的採樣時間。實質上作為採樣模組的內插器利用調整後的採樣時間在正確時間對符號採樣。換言之，解調方案使用拋物線的峰值來估計對後續符號採樣的最佳時間。因此，對最佳的後續樣本解調，並從其獲得符號的正確值。
此外，為控制通道估計載波偏移，並且使載波相位偏移估計的載波偏移值。估計的載波偏移值是基於經降頻採樣的信號的一階差分來計算的。一旦使載波相位偏移並利用自動頻率控制(AFC)鎖定了載波相位，就在正確的時間對後續樣本進行解調，並對其進行解碼，以獲得相當精確的符號值。
對於流量通道，利用為控制通道計算的估計載波偏移來初始化AFC。減小AFC的頻率步長，直到AFC鎖定。針對每個時隙更新估計的載波偏移。對樣本進行解調和解碼，以獲得相當精確的符號值。
現參考圖3，個人手持電話系統(PHS)電話接收器的解調系統75－1包括反正切模組A 100、反正切模組B 100－1、單差分器模組102、雙差分器模組104、突發檢測器模組106、定時模組108、UW相關器模組110、採樣模組112、偏移估計器模組114、載波恢復模組117和差分解調器模組120。
解調系統75－1接收被以每符號三樣本(3fb
)的速率降頻採樣的信號。每個符號的第一樣本的陣列被稱為相位1。每個符號的第二樣本的陣列被稱為相位2。每個符號的第三樣本的陣列被稱為相位3。反正切模組A 100接收3fb
速率的信號。反正切模組A 100基於信號的同相(I)和正交(Q)分量來恢復信號的相位角。反正切模組A 100將相位1、相位2和相位3(統稱為相位i)的相位角資訊輸出到單差分器模組102。這可以由arctangentOut(i－3)表示，其中i表示相位i之一。
採樣模組112基於由定時模組108產生的採樣信號對每個符號的三個樣本進行內插。採樣模組112對於每個符號輸出一個樣本，該樣本被稱為最佳樣本。因而，採樣模組112的輸出是處於符號速率(fb
)的。
反正切模組B 100－1接收採樣模組112的輸出。反正切模組B 100－1恢復採樣模組112的輸出的相位角並且將相位角資訊輸出到單差分器模組102和載波恢復模組117。反正切模組B 100－1的輸出可以由arctangentOut(i)表示。
單差分器模組102和雙差分器模組104分別對每個相位執行差分。例如，singleDiff(i)＝arctangentOut(i)－arctangentOut(i－3)。雙差分器模組104的輸出被輸入到突發檢測器模組106。
突發檢測器模組106檢測控制通道中的突發。突發檢測器模組106將雙差分器模組104的針對相位i的兩個鄰近輸出相加，並計算兩個鄰近輸出的和的絕對值。計算相位i中每一個的絕對值的滑動平均，並將其與突發閥值ThB相比較。如果相位i中任何一個的滑動平均小於ThB，則突發檢測器模組106檢測到突發。
突發檢測器模組106產生突發檢測信號，該信號啟用定時模組108和偏移估計器模組114。定時模組108利用控制通道中的前同步(PR)中的周期性樣式，而不是執行相位相關，來恢復位元定時。定時模組108基於控制通道中的PR確定位元定時並且產生控制通道的正確採樣時間。
在流量通道中不執行突發檢測，這是因為流量通道中的PR不像控制通道中的PR那麽長。此外，定時模組108無法僅基於PR就恢復流量通道的位元定時，因為流量通道中的PR長度不夠。因此，最初基於控制通道的突發檢測和位元定時來估計流量通道的近似位元定時。
基於控制通道中的隧道檢測和控制通道的位元定時來確定流量通道中的UW的近似位置。然後，對每個流量通道執行PR和UW的相位相關，並且計算定時偏移。藉著利用定時偏移調整控制通道的近似位元定時和採樣時間，獲得流量通道的相當正確的位元定時和採樣時間。
具體而言，UW相關器模組110對每個流量通道執行PR和UW的相位相關，並且產生相關樣本。UW相關器模組110利用訊框中的每個流量通道的每個時隙的相關樣本來產生相關曲線。UW相關器模組110執行抛物線曲線擬合。即，相關曲線被擬合到抛物線上，並且抛物線的峰值被計算。抛物線的峰值近似對應於相關曲線的峰值。
UW相關器模組110基於抛物線的峰值和相關曲線上的相鄰相關樣本之間的距離來計算定時偏移。定時模組108利用定時偏移調整流量通道的位元定時和採樣時間。
採樣模組112在定時模組108所產生的採樣時間對三個樣本中的最佳樣本中的符號進行採樣。採樣模組112實質上對構成一個符號的三個樣本進行內插，並且以定時模組108所產生的正確採樣時間對經內插的資料進行採樣。採樣模組112實際上從三個樣本產生一個被稱為最佳樣本的樣本，其在被解碼時得到符號的正確值。
因而，採樣模組112的輸出採樣速率等於符號速率。符號速率由調製中使用的符號數目所確定，並且可以被表達為每秒符號數。此外，藉著使用正確的採樣時間，採樣模組112可以估計基本上正確的採樣時間，以對訊框中的後續符號進行採樣。
偏移估計器模組114基於單差分器模組102的輸出來估計控制通道的載波偏移。偏移估計器模組114將所估計的載波偏移存儲在寄存器中。載波恢復模組117利用自動頻率控制(AFC)，其實質上是一個鎖相環(PLL)。載波恢復模組117利用所估計的載波偏移來初始化AFC。
然後，載波恢復模組117基於所估計的載波偏移來減小AFC的頻率步長。當AFC被鎖定時，載波恢復模組117從採樣模組112所輸出的最佳樣本中恢復載波信號，並產生包括符號的正確值的解調後輸出。差分解調器模組120對解調後輸出進行解碼，並生成由符號所代表的數位資料。
對於流量通道，載波恢復模組117利用為控制通道計算的所估計的載波偏移來初始化AFC。然後，載波恢復模組117基於所估計的載波偏移減小AFC的頻率步長。一旦AFC被鎖定，載波恢復模組117就針對每個流量通道的每個時隙更新所估計的載波偏移。或者，可以固定頻率步長，可以對整個輸入符號序列執行AFC，並且可以在每個時隙結束時更新所估計的載波偏移。
當AFC被鎖定時，載波恢復模組117從採樣模組112所輸出的最佳樣本中恢復載波信號，並且產生包括符號的正確值的解調後輸出。差分解調器模組120對解調後輸出進行解碼，並產生由符號所代表的數位資料。
現參考圖4，突發檢測器模組106檢測控制通道中的突發。具體而言，雙差分器模組104的輸出被輸入到分離相位i的串平行轉換器模組130。加法器模組132－1、132－2和132－3(統稱為132)將雙差分器模組104針對相位i的兩個鄰近輸出相加。絕對值函數位/類比組134－1、134－2、134－3(統稱為134)計算各加法器模組132的輸出的絕對值。滑動平均模組136－1、136－2、136－3(統稱為136)計算各絕對值的滑動平均。
比較器模組138將相位i的滑動平均與預定的突發閥值ThB相比較，並且在相位i之一的滑動平均小於ThB的情況下產生突發檢測信號。突發檢測信號啟用定時模組108和偏移估計器模組114。
解調系統75－1所執行的相位相關、抛物線曲線擬合和內插可以從數學上說明如下。為了方便，說明限於時域。解調系統75－1所接收的信號可以由以下方程式表示：r
(t
)＝A
(t
)e j 2 π △ ft ＋ Φ ( t － ε T )
＋n
(t
)其中A
(t
)是信號幅度，△f
是載波偏移，Φ(t
)是信號的相位資訊，ε是位元定時偏移，n
(t
)是高斯白雜訊。
對於π/4－DQPSK，相位資訊Φ(t
)可以表示如下：Φ(t
)＝Φ(t
－T
)＋θ(t
)其中θ(t
)是映射到信號中的符號(ak
,bk
)的相位角，如下表所示：
在由單差分器模組102進行單差分之後，相位資訊由以下方程式得到：phsSingleDiff
(t
)＝phaseRx
(t
)－phaseRx
(t
－T
)＝2π△fT
＋Φ(t
)－Φ(t
－T
)在由雙差分器模組104進行雙差分之後，相位資訊由以下方程式得到：phsDoubleDiff
(t
)＝phsSingleDiff
(t
)－phsSingleDiff
(t
－T
)＝Φ(t
)＋Φ(t
－2T
)－2Φ(t
－T
)
突發檢測器模組106、定時模組108和載波恢復模組117使用基於前同步PR的周期性的演算法。在突發檢測器模組106中，到比較器模組138的輸入由以下方程式得到：
如果sumBurst
1、sumBurst
2或sumBurst
3之一小於預定的閥值ThB，比較器模組138則產生突發檢測信號，該信號啟用定時模組108和偏移估計器模組114。
定時模組108按下述方式對控制通道和流量通道執行位元定時恢復。對於控制通道，phsDoubleDiff
(t
)是周期為2T
的信號。採樣誤差(如果存在的話)可以被表示為phsDoubleDiff
(t
－εT
)。利用傅立葉級數展開phsDoubleDiff
(t
－εT
)，我們得到phsDoubleDiff
(t
－εT
)＝a 0
＋a 1
cos(2πf 0
(t
－εT
)＋b 1
sin(2πf 0
(t
－εT
))＋a 2
cos(2π．2f 0
(t
－εT
)＋b 2
sin(2π．2f 0
(t
－εT
))＋…其中a 0
＝0，
因此，phsDoubleDiff
(t
－εT
)＝a 1
cos(2πf 0
(t
－εT
))＋a 2
cos(2π．2f 0
(t
－εT
))＋…
對於控制通道，定時模組108的輸出由以下方程式得到：
其中
並且
另一方面，對於流量通道，前同步PR的長度不足以執行突發檢測和精確的位元定時恢復。因此，UW相關器模組110利用控制通道的突發檢測和位元定時資訊來估計流量通道中的UW位置，並且執行PR和Uw的相位相關以確定最佳相位。載波恢復模組117中的AFC被用最佳相位鎖定。
最初從單差分器模組102的輸出恢復頻率偏移資訊，如下：phsSingleDiff
(t
)＝phaseRx
(t
)－phaseRx
(t
－T
)＝2π△fT
＋Φ(t
)－Φ(t
－T
)然後，UW相關器模組110執行相關，如下：
現參考圖5，繪出了相關Corr
(t
)的相關曲線150。由於相關曲線的峰值對應於最佳相位，因此相關曲線被擬合到抛物線152，以找出相關曲線的峰值。抛物線由以下方程式表示：y
＝ax 2
＋bx
＋c
其中a
、b
和c
是抛物線的係數。抛物線的峰值按以下公式基於係數計算：
抛物線152的係數可以基於抛物線152上的三個點的座標來計算：峰值前154、峰值156和峰值後158。如果這三個點的座標為(x 1
,y 1
)＝(0,y 1
)、(x 2
,y 2
)＝(1,y 2
)、(x 3
,y 3
)＝(2,y 2
)，則係數由以下方程式得到：
在基於係數計算抛物線152的峰值以後，確定峰值的X座標。抛物線152的峰值的X座標對應於對符號採樣以得到正確的符號值的最佳時間。
抛物線152的峰值被用來估計最佳樣本。相關器模組110基於抛物線的峰值和相關曲線上的相鄰點之間的距離來計算定時偏移。定時模組108利用定時偏移調整流量通道的位元定時和採樣時間。採樣模組112對三個樣本進行內插，在被定時模組108調整的採樣時間對內插後的資料進行採樣，並且產生包括符號的正確值的一個樣本。
如果信號中有雜訊，則可以使用立方內插器而不是抛物線內插器。例如，4點立方內插器在數學上由以下方程式表示：
其中I 1
＝－2，I 2
＝1，並且並且現在
一般來說，μ在[0,1)內。因此，如果拋物線152的峰值ε小於0，則ε被用osrRx調製，以使得ε在[0,osrRx
)內。
現參考圖6，載波恢復模組117利用執行自動頻率控制(AFC)的鎖相環(PLL)。載波恢復模組117包括相位旋轉器模組117－10，它從π/4－DQPSK信號中減去π/4，並且產生DQPSK信號。由偏移估計器模組114為控制通道產生的載波偏移被輸入到累加器模組117－2。加法器模組117－1將累加器模組117－2的輸出與DQPSK信號相加，並將和輸出到相移計算器模組117－3和檢測器模組117－4。相移計算器模組117－3計算載波相移。檢測器模組117－4檢測代碼，並向相移計算器模組117－3提供反饋。
載波相移被載波濾波器模組117－5濾波。載波濾波器模組117－5可以使用一階濾波器。經濾波的載波相移被輸入到數位固定頻率(DFF)模組117－6。DFF模組117－6的輸出被輸入到檢測器模組117－4和差分器模組117－7。差分器模組117－7對DFF模組117－6的輸出取差分。數位濾波器模組117－8對差分器模組117－7輸出的經差分的信號進行濾波，並且向載波濾波器模組117－5提供反饋。上下計數器模組117－9對加次數和減次數進行計數，並將輸出提供給累加器模組117－2。當上下計數器模組117－9的加次數和減次數幾乎相等時，AFC頻率被鎖定，並且載波濾波器模組117－5恢復載波信號。
載波恢復模組117接收由偏移估計器模組114產生的載波偏移。偏移估計器模組114基於單差分器模組102的輸出計算控制通道的載波偏移。單差分器模組102的輸出phsSingleDiff
(t
)是周期為2T的周期性函數，並且由以下方程式表示：phsSingleDiff
(t
)＝phaseRx
(t
)－phaseRx
(t
－T
)＝2π△fT
＋Φ(t
)－Φ(t
－T
)載波偏移由以下方程式確定：
藉著利用由突發檢測器模組106執行的突發檢測來改進偏移估計。改進後的載波偏移由以下方程式得到：
改進後的載波偏移增大了選擇最佳樣本以用於載波恢復的概率。載波恢復模組117利用最佳樣本來恢復載波信號。
載波恢復模組117利用以下AFC演算法減小AFC的頻率步長。AFC演算法利用DQPSK的特性。DQPSK和π/4－DQPSK之間的關係以下表中顯示出：
可以藉著從π/4－DQPSK信號中減去π/4來獲得DQPSK信號。因此，輸入信號被相位旋轉器模組117－10旋轉π/4。這在數學上被表示如下：θ Pk
＝θ Rk
－k
．π/4＝θ Tk
＋Φ ek
＋n ek
－k
．π/4＝I k
．π/2＋Φ ek
＋n ek
其中I k
＝I k － 1
＋I T
，Φ ek
是由頻率偏移導致的相位變化，n ek
是由高斯雜訊導致的相位變化。
載波恢復模組117利用在預定的小範圍內的頻率偏移來初始化AFC。然後，載波恢復模組117基於由偏移估計器模組114提供的改進的載波偏移來減小頻率偏移。當上下計數器模組117－9的加次數和減次數幾乎相等時，PLL被鎖定，載波濾波器模組117－5開始載波恢復。
載波濾波器模組117－5的方程式被表示如下：
其中Φ' ek
是輸入相位誤差，是經濾波的相位誤差，a
＝exp(－2/Q
)，並且Q k
＝10．k
/N f
(k
<N f
)＝10(k
>＝N f
)。
載波恢復模組117包括使用反饋機制的相移計算器117－3，所述反饋機制可以是某種形式的反向調製。由檢測器模組117－4檢測到的代碼被反饋到相移計算器模組117－3。這消除了由信號中的相位資訊導致的相位變化。這在數學上被表示如下： 可由以下方程式獲得：
然後，差分解調器模組120對載波恢復模組117的輸出進行解碼。因而。
現參考圖7，與已知的精確定時相比，利用相關、抛物線曲線擬合和內插估計的位元定時至少在65%的時間都是精確的。這由餅狀圖中定時偏移＝0的區域顯示出。
現參考圖8，個人手持電話系統(PHS)接收器中使用的解調方法200開始於步驟202。在步驟204中，降頻採樣模組70以每符號三樣本或3fb
的速率對由個人手持電話系統(PHS)接收器接收到的信號進行降頻採樣。在步驟205中確定通道是控制通道還是流量通道。
如果通道是控制通道，則在步驟206中突發檢測器模組106檢測突發。在步驟208中，突發檢測器模組106基於三個相位(相位1、相位2或相位3，其中相位i是每個符號的三個樣本中的第i個樣本的陣列)之一的滑動平均是否小於預定的突發閥值ThB來確定是否檢測到突發。如果是，則在步驟210中突發檢測器模組106產生突發檢測信號。否則，在步驟206中，突發檢測器模組106繼續檢測突發。
在步驟212中，突發檢測信號啟用定時模組108和偏移估計器模組114。在步驟213中，定時模組108基於控制通道中的PR確定控制通道的正確採樣時間。在步驟224中，採樣模組112利用由定時模組108產生的採樣時間對後續樣本中的符號進行採樣。
在步驟226中，偏移估計器模組114估計載波偏移。在步驟228中，載波恢復模組117利用載波偏移的估計值來初始化AFC。在步驟230中，AFC檢查PLL是否被鎖定。如果否，則在步驟232中載波恢復模組117減小AFC的頻率步長。如果是，則在步驟234中載波恢復模組117鎖定AFC。在步驟236中，解調方法200確定樣本是準時的，即樣本是包括正確符號值的最佳樣本。在步驟238中，解調系統75－1對樣本進行解調，並且差分解調器模組120從樣本中解碼出符號。方法200在步驟202中重新啟動。
另一方面，如果通道是流量通道，則UW相關器模組110在步驟214中對PR和UW相位獲取相關，並且在步驟216中利用相關樣本產生相關曲線。為了對UW取相關，UW相關器模組110利用控制通道的突發檢測和位元定時資訊來估計流量通道中的UW位置。
在步驟218中，UW相關器模組110將相關曲線擬合到抛物線。在步驟220中，UW相關器模組110計算抛物線的峰值，並且基於峰值的x座標計算峰值時間。峰值時間代表對符號進行採樣的最佳時間。在步驟222中，UW相關器模組110基於抛物線的峰值與相關曲線上的相鄰點之間的距離來計算定時偏移。
在步驟223中，定時模組108基於定時偏移確定流量通道的正確採樣時間。在步驟224中，採樣模組112利用由定時模組108所產生的採樣時間來對後續樣本的符號進行採樣。
在步驟226中，偏移估計器模組114估計控制通道的載波偏移。為了恢復流量通道中的載波，在步驟228中，載波恢復模組117利用載波偏移的估計值來初始化AFC。在步驟230中，AFC基於載波偏移檢查PLL是否被鎖定。如果否，則在步驟232中載波恢復模組117減小AFC的頻率步長。如果是，則在步驟234中載波恢復模組117鎖定AFC，並且更新載波偏移。
在步驟236中，解調方法200確定樣本是準時的，即樣本是包括正確符號值的最佳樣本。在步驟238中，解調系統75－1對樣本進行解調，並且差分解調器模組120從樣本中解碼出符號。方法200在步驟202中重新啟動。
可以意識到，這裏所公開的系統和方法可以用於在任何利用分時多重存取(TDMA)的通信系統中確定位元定時。例如，這裏所公開的系統和方法可以用於在無線通信系統、光通信系統等中確定位元定時。
本領域的技術人員現在可從前述描述中意識到本發明的寬泛教導可以以多種形式來實現。因此，雖然已經聯繫本發明的特定示例描述了本發明，但是本發明的範圍並不應限於此，這是因為本領域的技術人員在研究附圖、說明書和所附權利要求書以後，將會清楚看出其他修改。
10．．．個人手持電話系統(PHS)電話
12．．．天線
16．．．信號處理模組
18．．．發射模組
20．．．接收模組
22．．．記憶體
24．．．電源
26．．．I/O模組
26－1．．．麥克風
26－2．．．揚聲器
26－3．．．顯示器
26－4．．．小鍵盤
26－5．．．照相機
50．．．可適性差分脈衝波編碼調變(ADPCM)模組
52．．．訊框器模組
54．．．串平行轉換器模組
56．．．DQPSK映射器模組
58．．．平方根升餘弦(SRRC)濾波器模組
60．．．升頻採樣(upsample)模組
70．．．降頻採樣模組
72．．．自動增益控制(AGC)模組
74．．．載波獲取模組
75．．．解調器
76．．．均衡模組
78．．．解映射器和並串列轉換器模組
80．．．解訊框器模組
82．．．可適性差分脈衝波編碼調變(ADPCM)模組
75－1．．．電話接收器的解調系統
100．．．反正切模組A
100－1．．．反正切模組B
102．．．單差分器模組
104．．．雙差分器模組
106．．．突發檢測器模組
108．．．定時模組
110．．．UW相關器模組
112．．．採樣模組
114．．．偏移估計器模組
117．．．載波恢復模組
120．．．差分解調器模組
130．．．串平行轉換器模組
132－1、132－2、132－3(132)．．．加法器模組
134－1、134－2、134－3(134)．．．絕對值函數位/類比組
136－1、136－2、136－3(136)．．．滑動平均模組
138．．．比較器模組
150．．．相關曲線
152．．．拋物線
154．．．峰值前
156．．．峰值
158．．．峰值後
117．．．載波恢復模組
117－1．．．加法器模組
117－2．．．累加器模組
117－3．．．相移計算器模組
117－4．．．檢測器模組
117－5．．．載波濾波器模組
117－6．．．數位固定頻率(DFF)模組
117－7．．．差分器模組
117－8．．．數位濾波器模組
117－9．．．上下計數器模組
117－10．．．相位旋轉器模組
200．．．方法
202、204、205、206、208、210、212、213、214、216、218、220、222、223、224、226、228、230、232、234、236、238．．．步驟
圖1是根據現有技術的示例性個人手持電話系統(PHS)的功能框圖；圖2A是根據現有技術的圖1的個人手持電話系統(PHS)電話中使用的示例性發射器的功能框圖；圖2B是根據現有技術的圖1的個人手持電話系統(PHS)電話中使用的示例性接收器的功能框圖；圖3是根據本發明的個人手持電話系統(PHS)電話的接收器中使用的示例性解調器的功能框圖；圖4是根據本發明的圖3的解調器中使用的示例性突發檢測器的功能框圖；圖5是顯示出根據本發明的利用抛物線曲線擬合的相關曲線的圖；圖6是根據本發明的圖3的解調器中使用的具有自動頻率控制(AFC)的示例性載波恢復模組的功能框圖；圖7是顯示出根據本發明的圖3的解調器的性能的示例性仿真測試結果的餅狀圖；圖8是根據本發明的由圖3的解調器用來對符號進行解調的方法的流程圖。
75－1．．．電話接收器的解調系統
100．．．反正切模組A
100－1．．．反正切模組B
102．．．單差分器模組
104．．．雙差分器模組
106．．．突發檢測器模組
108．．．定時模組
110．．．UW相關器模組
112．．．採樣模組
114．．．偏移估計器模組
117．．．載波恢復模組
120．．．差分解調器模組
Claims (19)
- 一種無線通信系統，包括：採樣模組，其利用採樣時間對通道的第一部分和第二部分進行採樣；相關器模組，其選擇性地對所述第一部分和所述第二部分獲取相關，以產生相關樣本，並且基於所述相關樣本計算偏移；以及定時模組，其基於所述偏移選擇性地調整所述採樣時間。
- 如專利申請範圍第1項所述的無線通信系統，其中所述第一部分是前同步，所述第二部分是同步特字。
- 如專利申請範圍第1項所述的無線通信系統，其中，當所述通道是流量通道時，所述相關器模組選擇性地對所述第一部分和所述第二部分獲取相關。
- 如專利申請範圍第1項所述的無線通信系統，其中，當所述通道是流量通道時，所述定時模組基於所述偏移調整所述採樣時間。
- 如專利申請範圍第1項所述的無線通信系統，其中，當所述通道是控制通道時，所述定時模組基於所述第一部分調整所述採樣時間。
- 如專利申請範圍第1項所述的無線通信系統，其中所述相關模組利用所述相關樣本產生相關波形，確定所述相關波形的峰值，並且基於所述峰值與所述相關樣本之一的距離來計算所述偏移。
- 如專利申請範圍第1項所述的無線通信系統，其中所述相關模組利用所述相關樣本產生相關波形，利用抛物線曲線擬合確定所述相關波形的峰值，並且基於所述峰值與所述相關樣本之一的距離來計算所述偏移。
- 如專利申請範圍第1項所述的無線通信系統，其中所述相關器模組針對所述通道的每個時隙對所述第一部分和所述第二部分獲取相關。
- 如專利申請範圍第1項所述的無線通信系統，其中所述相 關器模組利用所述通道中的訓練符號來獲取相關。
- 如專利申請範圍第1項所述的無線通信系統，其中所述通道包括多個時隙，並且其中所述定時模組針對所述時隙中的每一個計算所述偏移。
- 如專利申請範圍第1項所述的無線通信系統，其中所述相關器模組基於控制通道的所述採樣時間並且基於所述控制通道中檢測到的突發來估計流量通道中的所述第二部分的位置。
- 如專利申請範圍第1項所述的無線通信系統，還包括突發檢測器模組，其與所述採樣模組通信，檢測控制通道中的突發，並且在N個相位之一的滑動平均小於預定閥值時產生突發檢測信號，其中所述N個相位之一是以每符號N樣本的採樣率採樣的信號中的每個符號的第N樣本的陣列，並且N是大於1的整數。
- 如專利申請範圍第12項所述的無線通信系統，其中所述突發檢測信號啟動所述定時模組。
- 如專利申請範圍第12項所述的無線通信系統，還包括載波偏移估計器模組，其與所述突發檢測器模組通信，並且在被所述突發檢測信號啟動時為所述控制通道生成載波偏移。
- 如專利申請範圍第14項所述的無線通信系統，還包括載波恢復模組，其與所述採樣模組通信，並且利用鎖相環來從由所述採樣模組輸出的樣本中恢復載波信號。
- 如專利申請範圍第15項所述的無線通信系統，其中所述鎖相環被用所述載波偏移初始化，並且其中所述載波偏移在所述鎖相環針對所述通道中的每個時隙鎖定時被更新。
- 如專利申請範圍第15項所述的無線通信系統，還包括差分解碼器模組，其與所述載波恢復模組通信並且從所述樣本中解碼出符號。
- 如專利申請範圍第1項所述的無線通信系統，其中所述採樣模組使用立方內插器和抛物線內插器之一。
- 如專利申請範圍第1項所述的無線通信系統，其中所述採樣模組的輸出採樣速率等於符號速率，並且其中所述採樣模組的輸入採樣速率是所述符號速率的整數倍。
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