專利名稱：頻譜擴(kuò)展通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有用于在發(fā)送信道上施加偽噪聲(PN)調(diào)制信號(hào)的發(fā)射機(jī)和用于從信道中接收所述偽噪聲調(diào)制信號(hào)的接收機(jī)的發(fā)送系統(tǒng)，所述接收機(jī)包括相關(guān)裝置，用于使已接收的信號(hào)的數(shù)字化采樣值與本機(jī)產(chǎn)生的PN代碼序列相關(guān)。
本發(fā)明還涉及用于這種發(fā)送系統(tǒng)的接收機(jī)。
根據(jù)前文所述的發(fā)送系統(tǒng)是從“移動(dòng)無(wú)線通訊”一書(shū)(RaymondSteele著，PenteehPressPublisherLondon出版)45-51而得知的。
通信數(shù)字調(diào)制技術(shù)是眾所周知的，并且包括相移鍵控(PSK)，其中等幅載波信號(hào)相位上有選擇地翻轉(zhuǎn)以指示數(shù)據(jù)信號(hào)狀態(tài)的二進(jìn)制變化。在四相移相鍵控(QPSK)中，如成對(duì)數(shù)據(jù)位確定，調(diào)制載波可呈現(xiàn)四個(gè)相位狀態(tài)中任一個(gè)。
為了安全或其它原因，調(diào)制載波信號(hào)還可經(jīng)擴(kuò)展頻率調(diào)制。如其名稱所示，擴(kuò)展頻譜信號(hào)是在一寬頻帶展布的并相對(duì)來(lái)說(shuō)不受竊聽(tīng)和堵塞的影響。一種技術(shù)使用了偽隨機(jī)(PN)碼序列以獲得所需頻譜擴(kuò)展。一個(gè)PN序列是多次循環(huán)后重復(fù)自身的二進(jìn)制序列。因此，序列中的二進(jìn)制數(shù)不是真正的隨機(jī)，但是，如果序列重復(fù)循環(huán)足夠長(zhǎng)，它的頻譜共有許多隨機(jī)電磁噪聲的特征。對(duì)于數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)，只通過(guò)將數(shù)據(jù)流和PN碼序列經(jīng)過(guò)異或門就可完成PN調(diào)制，以完成數(shù)據(jù)到PN碼的PSK調(diào)制。數(shù)據(jù)位根據(jù)PN碼中有或沒(méi)有邏輯“1”，而翻轉(zhuǎn)或不翻轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)符號(hào)率一般比PN碼率(稱為PN“片”(chip)率)慢數(shù)倍。產(chǎn)生的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流是一個(gè)由較慢數(shù)據(jù)符號(hào)流調(diào)制的PN碼，并被用于根據(jù)例如QPSK的數(shù)字調(diào)制技術(shù)調(diào)制載波信號(hào)，并且已調(diào)載波被發(fā)射。本發(fā)明所關(guān)注的是這種一般類型的系統(tǒng)，特別是在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間有多個(gè)傳輸通道的那種系統(tǒng)。
已經(jīng)PN調(diào)制的接收和解調(diào)信號(hào)要求在接收機(jī)中產(chǎn)生相同的PN碼序列，并與已接收的信號(hào)相關(guān)以獲得數(shù)據(jù)調(diào)制。一種相關(guān)技術(shù)采用了數(shù)字匹配濾波器以比較已接收的數(shù)字信號(hào)和本機(jī)產(chǎn)生的PN碼。該數(shù)字濾波器產(chǎn)生一個(gè)同相(I)信號(hào)和正交(Q)信號(hào)，從中數(shù)字解調(diào)器(例如DPSK解調(diào)器)可導(dǎo)出數(shù)據(jù)值。數(shù)字匹配濾波器的另一個(gè)功能是產(chǎn)生相關(guān)量，從相關(guān)量中可產(chǎn)生同步(sync)信號(hào)并可用于處理已接收數(shù)據(jù)信號(hào)中多路分量。為更好地理解有關(guān)PN調(diào)制數(shù)據(jù)傳輸，需要進(jìn)一步的背景知識(shí)。
當(dāng)接收天線檢測(cè)到從不同通路非同時(shí)到達(dá)的信號(hào)時(shí)，在不同類型的rf通信系統(tǒng)中產(chǎn)生多路分量。多路傳輸通路可由多種原因產(chǎn)生，例如大氣影響，或建筑物或地表形狀的反射。在許多情況下，一個(gè)發(fā)射信號(hào)可產(chǎn)生多個(gè)不同強(qiáng)度的接收信號(hào)。傳統(tǒng)做法是，通過(guò)選擇一個(gè)或兩個(gè)有最高信號(hào)強(qiáng)度的相關(guān)量和在其后的完成數(shù)據(jù)解調(diào)的信號(hào)處理期間只使用這些量在PN相關(guān)器中分辨多路誤差。例如，PN相關(guān)器可產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)幾微秒的輸出，對(duì)產(chǎn)生由多路誤差引起的多個(gè)相關(guān)輸出峰值是足夠長(zhǎng)的。典型地，單個(gè)相關(guān)峰值在一個(gè)同步檢測(cè)器中被檢測(cè)，該檢測(cè)器對(duì)合適的大量符號(hào)在與用于控制數(shù)據(jù)解調(diào)器的輸入的檢測(cè)的相關(guān)峰值有關(guān)的時(shí)間段進(jìn)行積分。
包含多路誤差的一個(gè)發(fā)送的實(shí)際特點(diǎn)是多路條件可隨時(shí)間迅速變化，特別是如果發(fā)射機(jī)或接收機(jī)，或兩者是運(yùn)動(dòng)的或如果一個(gè)多路反射源是移動(dòng)的。因此，在一個(gè)時(shí)刻在接收機(jī)中提供最大信號(hào)強(qiáng)度的一個(gè)通路可在下一時(shí)刻衰落或消失，而被提供不同信號(hào)強(qiáng)度的其他信號(hào)通路所代替。這種影響導(dǎo)致已知發(fā)送系統(tǒng)的性能下降。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種根據(jù)上述相對(duì)于已知發(fā)送系統(tǒng)有更好性能的發(fā)送系統(tǒng)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送系統(tǒng)的特征在于所述接收機(jī)包括用于從多個(gè)連續(xù)時(shí)間二進(jìn)制數(shù)(consecutivetimebins)中獲得相關(guān)量的裝置，用于對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)以獲得與所有時(shí)間二進(jìn)制數(shù)有關(guān)的潛在的基帶數(shù)據(jù)的解調(diào)裝置，和用于將有用的基帶數(shù)據(jù)分量按比例與它們相關(guān)的信號(hào)強(qiáng)度相混合的信號(hào)混合裝置。
在根據(jù)本發(fā)明發(fā)送系統(tǒng)中，輸入信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)被確定和與多路有關(guān)的這種自相關(guān)函數(shù)的峰值被識(shí)別。之后，相應(yīng)于所述被識(shí)別的多路分量的多個(gè)解調(diào)信號(hào)被混合以獲得混合基帶信號(hào)。在動(dòng)態(tài)多路發(fā)送方法中，由此產(chǎn)生的多路信號(hào)分量的同時(shí)使用可改進(jìn)總的信號(hào)質(zhì)量和保證數(shù)據(jù)在動(dòng)態(tài)多路傳輸裝置中接收的連續(xù)性。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，從接收的信號(hào)中獲得的數(shù)據(jù)符號(hào)可在一數(shù)據(jù)符號(hào)率下改變狀態(tài)，和每個(gè)接收的符號(hào)持續(xù)一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔。相關(guān)步驟對(duì)接收信號(hào)的連續(xù)段進(jìn)行操作，而每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔有一整數(shù)個(gè)段。更具體地，相關(guān)步驟包括本機(jī)產(chǎn)生的PN碼的第一段與接收信號(hào)的一個(gè)移動(dòng)段相關(guān)，從而從與該信號(hào)段有關(guān)的多個(gè)時(shí)間二進(jìn)制數(shù)中獲得第一組相關(guān)量;本機(jī)產(chǎn)生的PN碼的以后的多個(gè)連續(xù)段與接收的信號(hào)以后的多個(gè)連續(xù)段相關(guān)，以獲得與第一組相似的多組相關(guān)量;和在每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔中的所有段中對(duì)第一組和連續(xù)多組相關(guān)量進(jìn)行積分。因此對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔，相關(guān)過(guò)程產(chǎn)生一組，例如64個(gè)量，在符號(hào)間隔的所有段中被積分的相關(guān)量。在本發(fā)明當(dāng)前的最佳實(shí)施例中，每個(gè)符號(hào)間隔有16個(gè)段，但這并不是一個(gè)嚴(yán)格的限制。
多個(gè)相關(guān)量可在連續(xù)的時(shí)間段中產(chǎn)生，并之后在整個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)時(shí)間間隔內(nèi)被積分以獲得每個(gè)符號(hào)時(shí)間間隔的多個(gè)連續(xù)積分相關(guān)量。
本發(fā)明的另一重要方面是對(duì)所有時(shí)間“二進(jìn)制數(shù)”進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)，之后，根據(jù)相關(guān)量中峰值產(chǎn)生的時(shí)間選擇產(chǎn)生的多路信號(hào)分量。之后，已選擇的多路分量的數(shù)據(jù)值通過(guò)根據(jù)它們的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)它們加權(quán)而加以混合。
在本發(fā)明公開(kāi)的實(shí)施例中，該相關(guān)步驟還包括以下步驟從相關(guān)量中產(chǎn)生每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔的一組同相(I)和正交(Q)信號(hào);和從I和Q信號(hào)中產(chǎn)生每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔的與(I2+Q2)大致成比例的一組相關(guān)幅值信號(hào)。
為產(chǎn)生與相關(guān)量中峰值有關(guān)的同步(sync)信號(hào)，該方法進(jìn)一步包括以下步驟在一選擇數(shù)據(jù)符號(hào)間隔上對(duì)相關(guān)幅值信號(hào)進(jìn)行積分;檢測(cè)積分后相關(guān)幅值信號(hào)的峰值;和從檢測(cè)到的峰值產(chǎn)生指示與多路分量一起到達(dá)的相對(duì)時(shí)間的同步信號(hào)。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，解調(diào)接收信號(hào)的步驟包括從每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔獲得的I和Q信號(hào)中導(dǎo)出多個(gè)數(shù)據(jù)值，該多個(gè)數(shù)據(jù)值伴隨多路分量的到達(dá)時(shí)間。進(jìn)一步，按比例將可用基帶數(shù)據(jù)分量與它們相關(guān)信號(hào)強(qiáng)度相混合的步驟包括在產(chǎn)生的同步信號(hào)的控制下累積選擇的一些多路數(shù)據(jù)值，從而只有被選的多路數(shù)據(jù)值在時(shí)間上與有效相關(guān)量相符時(shí)，它們才被累積。
實(shí)現(xiàn)了接收機(jī)功能所用方法的多個(gè)方面有助于該實(shí)現(xiàn)過(guò)程的所需簡(jiǎn)化，這樣很方便地減小接收機(jī)的尺寸和費(fèi)用。這些方面之一包括產(chǎn)生多組與(I2+Q2)大致成比例的相關(guān)值信號(hào)的步驟。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，這一步驟包括不考慮正負(fù)號(hào)而確定I和Q信號(hào)的幅值，和將I和Q信號(hào)的值相加。
從上述可理解本發(fā)明在使用PN調(diào)制的數(shù)字通信領(lǐng)域中的明顯的優(yōu)點(diǎn)。特別是，本發(fā)明提供了處理多路發(fā)送的新穎技術(shù)，其中在多個(gè)時(shí)間二進(jìn)制數(shù)上保持相關(guān)量和在多個(gè)時(shí)間二進(jìn)制數(shù)上進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)，以產(chǎn)生可根據(jù)它們相關(guān)的多路信號(hào)強(qiáng)度方便地進(jìn)行濾波和混合的多個(gè)數(shù)據(jù)值。本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)可結(jié)合附圖從以下詳細(xì)描述中看得更為清楚。


圖1為采用四相偽噪聲(PN)調(diào)制和相移鍵控(PSK)數(shù)據(jù)調(diào)制的發(fā)射機(jī)的方框示意圖;
圖2為接收機(jī)的方框示意圖，該接收機(jī)用于接收和解調(diào)從圖1發(fā)射機(jī)接收到的信號(hào);
圖3為包含在圖2接收機(jī)中并實(shí)施本發(fā)明的512片PN數(shù)字匹配濾波器相關(guān)器的方框示意圖;
圖4是一個(gè)64×11相關(guān)器的方框示意圖，其中兩個(gè)被用于圖3的512片PN相關(guān)器中;
圖5是用于圖2接收機(jī)中的同步檢測(cè)器的方框示意圖;
圖6是用于圖2接收機(jī)中的一個(gè)差分相移鍵控(DPSK)數(shù)據(jù)解調(diào)器和多路混合器的方框示意圖;
圖7A至7F是說(shuō)明本發(fā)明PN相關(guān)器的操作時(shí)序和向量示意圖，和圖8是示出連續(xù)數(shù)據(jù)符號(hào)的PN相關(guān)器輸出的模擬等效值的一個(gè)例子的曲線圖，其中每個(gè)符號(hào)的輸出由各有32片的16個(gè)時(shí)間段的連續(xù)積分導(dǎo)出，(以下會(huì)進(jìn)一步說(shuō)明)。
如以說(shuō)明為目的諸附圖所示，本發(fā)明關(guān)注的是改進(jìn)使用偽噪聲(PN)調(diào)制的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。PN調(diào)制已被用于數(shù)據(jù)發(fā)送，以將發(fā)送的信號(hào)在一寬頻帶進(jìn)行頻譜擴(kuò)展。這些信號(hào)的頻譜擴(kuò)展使它們更能防止竊聽(tīng)和偶然的或有意的干擾。PN調(diào)制的一個(gè)缺點(diǎn)是除非使設(shè)計(jì)折衷，接收機(jī)所需的解調(diào)裝置往往較為復(fù)雜和體積較大。這種折衷之一涉及一種處理多路信號(hào)的方法。多路發(fā)送在稍微不同的時(shí)間到達(dá)接收機(jī)，并且如果在整個(gè)PN解調(diào)和數(shù)據(jù)解調(diào)過(guò)程中考慮到所有潛在信號(hào)通路，PN解調(diào)需要復(fù)雜的電路。典型地，接收的PN信號(hào)與本機(jī)產(chǎn)生的PN碼序列相關(guān)，并且如果檢測(cè)了多個(gè)相關(guān)峰值，選擇最強(qiáng)的一個(gè)作為用于數(shù)據(jù)解調(diào)的時(shí)間基準(zhǔn)。這種方法減小了接收電路的復(fù)雜程度，其代價(jià)是如果所選擇的峰值被從不同發(fā)送通路產(chǎn)生的另一個(gè)峰值所代替，則數(shù)據(jù)可能丟失。
圖1和圖2分別描述了使用相移鍵控(PSK)數(shù)據(jù)調(diào)制和四相相移鍵控(QPSK)PN調(diào)制的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。這些附圖中的功能塊一般足以說(shuō)明本發(fā)明和已有技術(shù)的大量發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。
發(fā)射機(jī)(圖1)的功能是將從線10接收的數(shù)據(jù)流交換成已調(diào)射頻(rf)信號(hào)，用于從天線12發(fā)射。所示數(shù)據(jù)信號(hào)被輸入緩沖器14，慢速PN碼可被加入緩沖器，但這與本發(fā)明無(wú)直接關(guān)系。慢速PN編碼可被用于在接收機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的捕捉，但在以下對(duì)接收機(jī)的描述中，將假設(shè)該捕捉已完成。之后，數(shù)據(jù)被傳入進(jìn)行兩類調(diào)制的四相相位調(diào)制器16。由石英振蕩器20驅(qū)動(dòng)的定時(shí)同步器18產(chǎn)生形成將被發(fā)送的載波信號(hào)的本機(jī)振蕩器(LO)信號(hào)。在PSK數(shù)據(jù)調(diào)制中，載波信號(hào)根據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)的狀態(tài)被調(diào)制并可假定兩個(gè)相位狀態(tài)之一。除了在調(diào)制器16中進(jìn)行的數(shù)據(jù)調(diào)制，通過(guò)按在PN編碼器22中產(chǎn)生的兩個(gè)PN二進(jìn)制序列的狀態(tài)改變載波信號(hào)的相位進(jìn)行QPSKPN調(diào)制?；旧险f(shuō)，QPSKPN調(diào)制意味著載波的相位可假設(shè)任何四個(gè)相位狀態(tài)作為兩個(gè)PN碼序列的一個(gè)函數(shù)。本實(shí)施例使用參差或交錯(cuò)QPSK(稱為SQPSK或OQPSK)，其中一個(gè)代碼序列被延遲半個(gè)“片”周期，PN代碼率大于數(shù)據(jù)率一個(gè)相當(dāng)大的系數(shù)，例如512，使得出現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)期間將有512個(gè)PN序列的潛在變化。PN代碼位被稱為“片”(“chip”)并且在本例中，每個(gè)符號(hào)時(shí)間周期的PN碼有512片。
數(shù)據(jù)調(diào)制和PN調(diào)制載波信號(hào)接下來(lái)被上/下變換器24處理，其目的只是改變頻率到用于從天線12發(fā)送的適合值。功率放大器26也可插入上/下變換器24和天線12之間。功率放大器26與PN編碼器22和定時(shí)同步器18一起可通過(guò)公共線28控制。對(duì)于那些包含話音數(shù)據(jù)的應(yīng)用，控制線28可連接到話筒(未示出)上的一個(gè)按下至通話(push-to-talk)開(kāi)關(guān)上。發(fā)射機(jī)還包括一個(gè)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器30，它接收從定時(shí)同步器來(lái)的時(shí)鐘信號(hào)并為PN編碼器22和發(fā)射機(jī)的其它部分產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)?？衫斫庖欢ǖ臄?shù)據(jù)類型需要其它處理功能，例如，話音數(shù)據(jù)在調(diào)制前需要數(shù)字化。但是，本發(fā)明包括任何類型使用PN調(diào)制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送。
該接收機(jī)(圖2)還包括天線12′，石英振蕩器20′和定時(shí)同步器18′。雖然示出的這些部件與發(fā)射要中的相應(yīng)部件無(wú)關(guān)，應(yīng)理解，在實(shí)際實(shí)施例中，這些部件可由發(fā)射和接收功能共享。相似地，該接收機(jī)包括時(shí)鐘計(jì)數(shù)器30′和PN編碼器22′。通過(guò)天線12′接收的PN調(diào)制信號(hào)首先被下變換并經(jīng)中頻放大，如方框32所示。從接機(jī)機(jī)這一級(jí)的輸出信號(hào)是接收信號(hào)的同相(I)和正交(Q)分量，還稱作余弦信號(hào)采樣和正統(tǒng)信號(hào)采樣。還是模擬形式的這些信號(hào)被輸入512片相關(guān)器34，該相關(guān)器還接收稱為A和B碼，從PN編碼器22′來(lái)的本機(jī)產(chǎn)生的PN碼序列。512片相關(guān)器產(chǎn)生兩種類型的輸出，代表還是數(shù)據(jù)調(diào)制的接收信號(hào)的I和Q分量采樣的兩個(gè)信號(hào)，和代表接收信號(hào)瞬時(shí)幅值并與(I2+Q2)成比例的一個(gè)幅值信號(hào)。后一信號(hào)被輸入同步檢測(cè)器36，該檢測(cè)器產(chǎn)生指示產(chǎn)生由相關(guān)器34檢測(cè)到的相關(guān)峰值的相對(duì)時(shí)間的定時(shí)信號(hào)。
I和Q信號(hào)傳送到DPSK解調(diào)器38。根據(jù)I和Q的連續(xù)輸入值，解調(diào)器38再產(chǎn)生數(shù)據(jù)流，其中的一些可包含相當(dāng)于接收到的電磁噪聲的值。在多路混合器中，從數(shù)據(jù)解調(diào)器38中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)值通過(guò)同步檢測(cè)器36產(chǎn)生的同步信號(hào)進(jìn)行濾波。在本發(fā)明之前的接收機(jī)中，同步檢測(cè)器36不考慮其它可能的多路峰值而產(chǎn)生與單個(gè)選擇相關(guān)峰值有關(guān)的同步信號(hào)，并且混合器40可更確切地稱為多路選擇器。在任何情況下，選擇數(shù)據(jù)信號(hào)在通過(guò)數(shù)據(jù)線44發(fā)送以前可被暫存在緩沖器42中。
從112上對(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)功能的總體描述中可理解，在大多數(shù)通信系統(tǒng)中存在與捕捉和同步接收信號(hào)有關(guān)的實(shí)際問(wèn)題，在本發(fā)明的說(shuō)明中假設(shè)這些問(wèn)題的傳統(tǒng)解決方法，本發(fā)明主要關(guān)注本機(jī)產(chǎn)生的PN碼與接收的PN調(diào)制信號(hào)的相關(guān)性和處理多路信號(hào)的新方法。
圖3更詳細(xì)地示出512片相關(guān)器34。首先，正弦和余弦信號(hào)被輸入模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器50和50′，A/D轉(zhuǎn)換器由頻率是兩倍于PN片率的時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)并以相同速度產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流，輸入相應(yīng)的稱為64×11相關(guān)器52和52′的相關(guān)器。
在本發(fā)明的該實(shí)施例中，只有從A/D轉(zhuǎn)換器50，50′輸出的最高有效值在相關(guān)器52，52′中被使用。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，這是足夠的，但是在有頻率和相位與采樣過(guò)程一致的干擾信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，可產(chǎn)生性能下降。在這種情況下，接收機(jī)可采用一種傳統(tǒng)技術(shù)，例如采樣對(duì)鐘的相位高頻振動(dòng)(phasedithering)以有效地消除干擾，或相關(guān)過(guò)程必須“加深”(“deepened”)以包含A/D采樣的3或4位而不是只包含最高有效位。
以同樣速率輸入相關(guān)器52，52′的還有通過(guò)線54的本機(jī)產(chǎn)生的PN碼的數(shù)據(jù)流，通過(guò)線56的符號(hào)時(shí)鐘率信號(hào)，和通過(guò)線57的兩倍于片率的時(shí)鐘信號(hào)。如將參考圖4詳細(xì)說(shuō)明的那樣，相關(guān)器52分別產(chǎn)生一對(duì)與Acosθ和Bsinθ成比例的信號(hào)，其中A和B是常數(shù)而θ是相角。相似地，相關(guān)器52′分另產(chǎn)生與一Asinθ和Bcosθ成比例的一對(duì)信號(hào)。余弦分量在加法器電路58中相加，在線60上產(chǎn)生與Q成比例的輸出信號(hào)。相似地，正弦分量在另一加法器電路58′中相加，在線60′上產(chǎn)生與I成比例的輸出信號(hào)。通過(guò)使用電路62獲得Q分量的值和使用電路62′獲得I分量的值，之后將這兩個(gè)值在另一加法器電路64中混合以在線66上產(chǎn)生近似的I2+Q2信號(hào)，根據(jù)近似法產(chǎn)生與I2+Q2成比例的所需信號(hào)。
一種傳統(tǒng)的便更昂貴的計(jì)算所需輸出信號(hào)的方法是以三角恒等式sin2θ+cos2θ＝1為基礎(chǔ)，但需要兩個(gè)信號(hào)平方電路。代替以上方法，當(dāng)前最佳實(shí)施例使用近似法｜sinθ|+|cosθ|≈1。由于正弦和余弦項(xiàng)已是現(xiàn)成的，實(shí)現(xiàn)這種方法只需兩個(gè)絕對(duì)值電路62，62′和加法器64。此外，由于其結(jié)果接下來(lái)用于同步檢測(cè)器36的某種程度的定性方法(qualitative way)，這種近似法是足夠精確的。
兩個(gè)64×11相關(guān)器52，52′在結(jié)構(gòu)上是相同的。兩個(gè)相關(guān)器中的一個(gè)示于圖4，并且包括正弦或余弦采樣值被串行移位的第一64位移位寄存器70，和兩個(gè)PN碼序列(A和B)被串行移位的第二64位移位寄存器72。在接收機(jī)中，A和BPN碼序列以間插的形式加到移位寄存器72上，即交替的A和B碼。間插PN碼和信號(hào)采樣兩者都以兩倍于代碼片率計(jì)時(shí)地輸入(clockinto)寄存器72，70。當(dāng)寄存器72填滿新的一組64位代碼位時(shí)，整個(gè)寄存器以并行方式復(fù)制到一個(gè)64位固定寄存器72。這種并行傳輸每64個(gè)半片循環(huán)即片率的1/32，發(fā)生一次。
相關(guān)也以兩倍于片率的頻率產(chǎn)生，并包括對(duì)在寄存器74中保持靜止的代碼與通過(guò)寄存器70被移位的輸入采樣值進(jìn)行位對(duì)位比較。在每個(gè)比較循環(huán)中，寄存器70中奇數(shù)位使用異或門76與寄存器74中A碼位進(jìn)行比較，異或門76用作二元相關(guān)器操作。也就是說(shuō)，在輸入相同時(shí)輸出將是邏輯“0”和在輸入不同時(shí)輸出將是邏輯“1”。相似地，寄存器70中偶數(shù)位使用另一個(gè)異或門76′與寄存器74中B碼位進(jìn)行比較。每個(gè)異或門76，76′提供一位匹配信號(hào)。上組異或門76的輸出在求和電路80中混合，而下組異或門76′的輸出在另一求和電路80′中混合。由于每個(gè)求和電路80，80′有32個(gè)輸入，故每個(gè)電路的輸出量的范圍是0-32，需要5-位來(lái)自每個(gè)求和電路的輸出線。
相關(guān)器的其余部分進(jìn)行連貫積分功能，并包括兩個(gè)加法器電路82，82′，和兩個(gè)64×11移位寄存器84，84′?！?4×11”一詞意味著每個(gè)移位寄存器84，84′有64級(jí)或位置，并且每級(jí)的“寬度”是11位。因此通過(guò)寄存器移位的數(shù)字量可最多達(dá)11位長(zhǎng)。每個(gè)移位寄存器84，84′的輸出通過(guò)線86，86′作為相應(yīng)加法器電路82，82′的一個(gè)輸入被反饋。加法器82，82′的其它輸入分別從求和電路80，80′中導(dǎo)出。雖然為簡(jiǎn)化從附圖中省略了詳細(xì)的定時(shí)電路，應(yīng)了解加法器82，82′和移位寄存器84，84′也以兩倍于片率的頻率被時(shí)鐘同步。因此，在從求和電路80，80′中產(chǎn)生相關(guān)結(jié)果時(shí)，它們與以前的結(jié)果一起在加法器電路82，82′中被積分，并之后通過(guò)移位寄存器84，84′被移位。
圖8對(duì)直觀地理解圖4相關(guān)器的操作提供幫助。在符號(hào)間隔開(kāi)始時(shí)，由線86上的符號(hào)時(shí)鐘信號(hào)指示，清除移位寄存器84，84′。之后，在64個(gè)半片循環(huán)后，寄存器84，84′包含從求和電路80，80′來(lái)的一組64個(gè)時(shí)間間隔累積?？邕^(guò)64個(gè)半片循環(huán)，或32片的時(shí)間間隔稱為一個(gè)時(shí)間“段”。在示例性實(shí)施例中，每個(gè)符號(hào)間隔有16段。在符號(hào)間隔中第一段之后的各段結(jié)束時(shí)，移位寄存器84，84含有指示被處理到那一點(diǎn)的符號(hào)間隔中所有段的相關(guān)結(jié)果的累積的數(shù)字量。在處理了16段后，移位寄存器84，84′含有指示該符號(hào)間隔中所有16段的累積結(jié)果的相關(guān)的量。圖8的第一條“軌跡”是取代16段的這些累積相關(guān)結(jié)果的模擬等效。軌跡中每一“點(diǎn)”代表從異或門76來(lái)的16組32相位位的累積。但應(yīng)理解，沒(méi)有相應(yīng)于圖8的真正的模擬實(shí)施，圖8的目的只是為了說(shuō)明。
在移位寄存器84，84′中的累積的相關(guān)結(jié)果在每個(gè)符號(hào)間隔結(jié)束時(shí)被移出寄存器，用于進(jìn)一步處理。這一步驟可借助如線88中所示的“符號(hào)十六元”(“Symbolmodulo-16”)時(shí)鐘信號(hào)和一對(duì)多位寬與門90，90′來(lái)完成。在線88上的定時(shí)信號(hào)只在符號(hào)間隔第十六和最后段期間為與門提供允許信號(hào)。因此，在每個(gè)符號(hào)間隔的最后段，那個(gè)間隔的累積相關(guān)結(jié)果被輸出寄存器84，84′，并反饋到相加電路82，82′。在另一實(shí)施例(未示出)中，累積相關(guān)結(jié)果在符號(hào)時(shí)間隔結(jié)束時(shí)從加法器82，82′的輸出端被選通輸出。
回憶對(duì)圖3的討論，65×11相關(guān)器52，52′的數(shù)據(jù)量輸出被用于產(chǎn)生I和Q信號(hào)，并產(chǎn)生一個(gè)近似I2+Q2信號(hào)?，F(xiàn)參考圖5討論在同步檢測(cè)器36中對(duì)I2+Q2信號(hào)的處理。
該同步檢測(cè)器包括一個(gè)加法器電路92，一個(gè)64位置移位寄存器94，一個(gè)閾值比較電路96，和一個(gè)反饋乘法器電路98。線66上的I2+Q2信號(hào)在每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔的最后段中以半片周期率作為一個(gè)64數(shù)字量符號(hào)組出現(xiàn)。這些數(shù)字量被輸入加法器電路96，其輸出反饋到64位置移位寄存器94的第一位置。寄存器94的最后位置通過(guò)反饋乘法器98反饋到加法器電路，并把輸出加到閾值比較電路96。在輸入量的第一符號(hào)組之后，移位寄存器94被這些量填滿。在相應(yīng)于第二符號(hào)間隔的下一個(gè)符號(hào)組之后，寄存器包含數(shù)據(jù)量的累積組。加法器電路92和移位寄存器94的操作與64×11比較器的相應(yīng)電路相似，所不同的是乘法器98給累積總和的加權(quán)小于對(duì)新到達(dá)的值的加權(quán)。在當(dāng)前最佳實(shí)施例中，乘法器有一個(gè)小于1而等于小數(shù)31/32的值。在處理了例如30的選定數(shù)目的數(shù)據(jù)符號(hào)間隔之后，使用與圖4中與門90相似的選通裝置。但與一個(gè)只在第三十?dāng)?shù)據(jù)符號(hào)組期間允許選通的定時(shí)信號(hào)一起，累積數(shù)據(jù)量通過(guò)閾值比較電路96被選通。在圖8中最后一個(gè)軌跡作為例子示出30個(gè)連續(xù)符號(hào)的累積數(shù)據(jù)值，其中虛線表示由閾值比較電路96施加的預(yù)選的閾值。在線100上閾值比較電路96的輸出端上出現(xiàn)的是只應(yīng)于大預(yù)選閾值的相關(guān)峰值的已濾波的一組同步信號(hào)。每個(gè)同步信號(hào)的時(shí)間指示分離的傳輸媒體多路，并被用于從與同步檢測(cè)并行進(jìn)行的數(shù)據(jù)解調(diào)過(guò)程中選擇有效的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)解調(diào)使用數(shù)字形式的DPSK解調(diào)器電路110(圖6)而進(jìn)行。在線60和60′上輸入的Q和I數(shù)據(jù)量被輸入到兩個(gè)64位置移位寄存器112，112′，兩個(gè)寄存器通過(guò)半片率由線114指示的定時(shí)信號(hào)符號(hào)組計(jì)時(shí)。每個(gè)寄存器112，112′的輸出連接到乘法器電路和116，116′上，乘法器116，116′的另一個(gè)輸入從Q和I輸入線60，60′導(dǎo)出。因此，每個(gè)輸入量被其前一個(gè)輸入符號(hào)即與以前數(shù)據(jù)符號(hào)相連聯(lián)系的相應(yīng)部分相乘。兩個(gè)乘法器的輸出在加法器電路118中被相加在一起。
乘法器116，116′和加法器118一起根據(jù)下式進(jìn)行I和Q的兩個(gè)數(shù)字表示的運(yùn)行點(diǎn)積(runingdotproduct)(符號(hào)ssin)×(符號(hào)s+1sin)+(符號(hào)scos)×(符號(hào)s+1cos)在線120上加法器118的輸出包含一個(gè)每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔的64個(gè)數(shù)據(jù)值的符號(hào)組。很明顯，其中一些值是從噪聲中導(dǎo)出的并將不是所關(guān)注的。只有所關(guān)注的數(shù)據(jù)值是那些在時(shí)間上與PN解設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的相關(guān)峰值的發(fā)生相一致的值。這些輸出值將是一個(gè)幅值與其相應(yīng)的特別信號(hào)通路的強(qiáng)度成比例的已解碼DPSD數(shù)據(jù)位。
解調(diào)的最后一步是在線120上將數(shù)據(jù)值輸入到一選通的累加器122，該累加器開(kāi)始被線124上的符號(hào)時(shí)鐘信號(hào)清零，并只當(dāng)線100上的同步信號(hào)出現(xiàn)時(shí)而被選通以接收和累積數(shù)據(jù)。這是根據(jù)本發(fā)明的多路混合過(guò)程。選通的累加器給每個(gè)數(shù)據(jù)值一個(gè)相應(yīng)于通過(guò)特別通道接收的信號(hào)幅值的加權(quán)值。在每個(gè)符號(hào)間隔結(jié)束時(shí)，選通的累加器包含指示從可能的多個(gè)信號(hào)通路導(dǎo)出的符號(hào)數(shù)據(jù)值的一個(gè)值。它可被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制值，或該數(shù)據(jù)值可用于一些類型的“軟解碼”(“softdecode”)方案中。
圖7A-7F描述一些可有助于理解PN相關(guān)過(guò)程的操作的示意性代碼波形和相應(yīng)的向量表示。圖7A和7B說(shuō)明將會(huì)看到的解相應(yīng)于片速率而改變狀態(tài)的A和BPN碼。而且，B碼變換時(shí)間與A碼變換時(shí)間相差一個(gè)半片間隔，以達(dá)到間隔或偏移QPSK(SQPSK或OQPSK)所需的相位間隔或偏移，圖7C示出相應(yīng)于圖7A和7B的A和B碼的發(fā)送OQPSK信號(hào)的向量表示?？梢?jiàn)相應(yīng)于A和B碼狀態(tài)的4個(gè)可能的組合有4個(gè)相位狀態(tài)。圖7D示出在接收機(jī)中產(chǎn)生的間插的A和B碼的波形。應(yīng)注意，間插碼在半片間隔有可能的狀態(tài)變換。最后，圖7E和7F示出向量表示的相關(guān)器A乘積和相關(guān)器B乘積。
本發(fā)明的一個(gè)重要方面是相關(guān)量保持在多個(gè)(本例中是64)時(shí)間二進(jìn)制數(shù)中，時(shí)間二進(jìn)制數(shù)可指示某種程度的通過(guò)接收機(jī)的多于1個(gè)的信號(hào)通路接收的信號(hào)的相關(guān)。進(jìn)一步，這些量被分別保持，但被所需閾值濾波，并被用于為每個(gè)接收的符號(hào)確定最佳數(shù)據(jù)值。本發(fā)明的技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于多路信號(hào)可被混合以提供更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)指示，并由于通過(guò)多路接收的信號(hào)總是被處理地而不是有所選擇地丟棄確保了通信的連續(xù)性。
從上述可看出，本發(fā)明在使用PN調(diào)制的數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中有很大優(yōu)點(diǎn)。特別是，本發(fā)明的PN相關(guān)技術(shù)為可能的多信號(hào)通路提供了相關(guān)性度量，這些相關(guān)度量可用于混合多路數(shù)據(jù)信號(hào)以提供更高質(zhì)量和更可靠的數(shù)據(jù)通信。雖然現(xiàn)已以示例的方式詳述了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，但可理解在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下有多種變型。因此，本發(fā)明除所附權(quán)利要求限制外而不被限制。
權(quán)利要求
1.一種包括用于將偽噪聲(PN)調(diào)制信號(hào)加到傳輸信道的發(fā)射機(jī)和用于從信道接收所述偽噪聲調(diào)制信號(hào)的接收機(jī)的傳輸系統(tǒng)，所述接收機(jī)包括用于將接收信號(hào)的數(shù)字化采樣與本機(jī)產(chǎn)生的PN碼序列作相關(guān)運(yùn)算的相關(guān)裝置，其特征在于所述接收機(jī)包括從多個(gè)連續(xù)時(shí)間二進(jìn)制中獲得相關(guān)量的裝置，用于解調(diào)接收信號(hào)以獲得與所有時(shí)間二進(jìn)制數(shù)相關(guān)的潛在基帶數(shù)據(jù)的解調(diào)裝置，和用于將可用基帶數(shù)據(jù)分量按比例混合到它們的相關(guān)信號(hào)強(qiáng)度的信號(hào)混合裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的傳輸系統(tǒng)，其特征在于將從接收信號(hào)中導(dǎo)出的數(shù)據(jù)符號(hào)可以數(shù)據(jù)符號(hào)率改變狀態(tài)，并且每個(gè)接收的符號(hào)持續(xù)一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔，為操作接收信號(hào)的連續(xù)段而設(shè)置相關(guān)裝置，其中每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔有整數(shù)個(gè)段，并且該相關(guān)裝置包括將本機(jī)產(chǎn)生的PN碼的連續(xù)段與接收信號(hào)的連續(xù)移動(dòng)段作相關(guān)運(yùn)算以獲得與該信號(hào)段有關(guān)的多個(gè)時(shí)間二進(jìn)制數(shù)的多組相關(guān)量的裝置，和用于把相關(guān)量的連續(xù)組對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔中的所有段進(jìn)行積分的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的傳輸系統(tǒng)，其特征在于該相關(guān)裝置還包括用于從相關(guān)量中產(chǎn)生每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔的一組同相(I)和正交(Q)信號(hào)的裝置，和用于從I和Q信號(hào)中產(chǎn)生對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔與(I2+Q2)近似成比例的一組相關(guān)幅值信號(hào)的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的傳輸系統(tǒng)，其特征在于該接收機(jī)進(jìn)一步包括用于將相關(guān)幅值信號(hào)對(duì)選擇數(shù)目的數(shù)據(jù)符號(hào)間隔積分的裝置，用于檢測(cè)已積分后相關(guān)幅值信號(hào)中的峰值的裝置，和用于從檢測(cè)的峰值中產(chǎn)生指示多路分量到達(dá)時(shí)間的同步信號(hào)的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的傳輸系統(tǒng)，其特征在于該解調(diào)裝置包括從為每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔獲得的I和Q信號(hào)中導(dǎo)出多個(gè)數(shù)據(jù)值的裝置，這些多個(gè)數(shù)據(jù)值與多路分量到達(dá)時(shí)間有關(guān)，和用于將可用基帶數(shù)據(jù)分量按比例混合到它們相關(guān)信號(hào)強(qiáng)度中的混合裝置，該裝置包括用于在產(chǎn)生的同步信號(hào)控制下累積選擇的多個(gè)數(shù)據(jù)值的裝置，從而只有當(dāng)多個(gè)選擇的數(shù)據(jù)值在時(shí)間上相應(yīng)于有效的相關(guān)量時(shí)，它們才被累加。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的傳輸系統(tǒng)，其特征在于用于產(chǎn)生多組大致與(I2+Q2)成比例的相關(guān)幅值信號(hào)的裝置包括用于不考慮正負(fù)號(hào)而確定I和Q信號(hào)幅值的裝置，和用于將I和Q信號(hào)幅值相加的裝置。
7.一種用于從信道接收偽噪聲調(diào)制信號(hào)的接收機(jī)，所述接收機(jī)包括用于將接收信號(hào)的數(shù)字化采樣與本機(jī)產(chǎn)生的PN碼序列作相關(guān)運(yùn)算的相關(guān)裝置，其特征在于所述接收機(jī)包括從多個(gè)連續(xù)時(shí)間二進(jìn)制數(shù)中獲得相關(guān)量的裝置，用于解調(diào)接收信號(hào)以獲得與所有時(shí)間二進(jìn)制數(shù)有關(guān)的潛在基帶數(shù)據(jù)的解調(diào)裝置，和用于將可用基帶數(shù)據(jù)分量按比例混合到它們的相關(guān)信號(hào)強(qiáng)度中的信號(hào)混合裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的接收機(jī)，其特征在于將從接收信號(hào)中導(dǎo)出的數(shù)據(jù)符號(hào)可以一數(shù)據(jù)符號(hào)率改變狀態(tài)，并且每個(gè)接收符號(hào)持續(xù)一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔，相關(guān)裝置為操作接收信號(hào)的連續(xù)段而設(shè)置，其中每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔有整數(shù)個(gè)段，并且相關(guān)裝置包括將本機(jī)產(chǎn)生的PN碼的連續(xù)段與接收信號(hào)的連續(xù)移動(dòng)段作相關(guān)運(yùn)算以獲得與該信號(hào)段有關(guān)的多個(gè)時(shí)間二進(jìn)制數(shù)的多組相關(guān)量的裝置，和用于將相關(guān)量的連續(xù)組對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔中所有段進(jìn)行積分的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的接收機(jī)，其特征在于該相關(guān)裝置進(jìn)一步包括用于從多個(gè)相關(guān)量中產(chǎn)生每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔的一組同相(I)和正交(Q)信號(hào)的裝置，和用于從I和Q信號(hào)中為每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)間隔產(chǎn)生一組大致與(I2+Q2)成比例的相關(guān)幅值信號(hào)的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的接收機(jī)，其特征在于該接收要進(jìn)一步包括用于將相關(guān)值信號(hào)對(duì)選擇數(shù)目的數(shù)據(jù)符號(hào)間隔進(jìn)行積分的裝置，用于檢測(cè)已積分相關(guān)幅值信號(hào)中的峰值的裝置，和用于從檢測(cè)的峰值中產(chǎn)生指示多路分量到達(dá)時(shí)間的同步信號(hào)的裝置。
全文摘要
一種偽噪聲(PN)相關(guān)和解調(diào)方法和裝置，其中接收信號(hào)與本機(jī)產(chǎn)生的PN碼作相關(guān)運(yùn)算，而相關(guān)量相應(yīng)于從可能的多個(gè)通路接收的信號(hào)保持多個(gè)時(shí)間二進(jìn)制數(shù)，代替選擇一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)有效相關(guān)量控制數(shù)據(jù)解調(diào)，本發(fā)明的方法對(duì)多個(gè)時(shí)間二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)，之后選擇相應(yīng)于有效相關(guān)量的數(shù)據(jù)值并根據(jù)在相關(guān)期間確定的相對(duì)強(qiáng)度對(duì)它們進(jìn)行加權(quán)而將選擇的數(shù)據(jù)值混合。本發(fā)明可改進(jìn)多路條件下的信號(hào)質(zhì)量和連續(xù)性。
文檔編號(hào)H04B1/10GK1103222SQ93115068
公開(kāi)日1995年5月31日 申請(qǐng)日期1993年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月20日
發(fā)明者R·W·舒爾克拉夫特 申請(qǐng)人:馬格納沃斯電子系統(tǒng)公司