專利名稱：數(shù)據(jù)傳輸方法、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在采用CDMA多址方法的系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)傳輸方法，該系統(tǒng)中每個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)都與一個(gè)有一定長度的偽隨機(jī)碼相乘，偽隨機(jī)碼的比特率高于要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。
CDMA(碼分多址)是除早先出現(xiàn)的FDMA(頻分多址)和TDMA(時(shí)分多址)方法以外的又一種多址方法，它以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用于蜂窩無線系統(tǒng)中。比起早先的方法，CDMA具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如頻帶利用率高，頻率規(guī)劃簡單，業(yè)務(wù)容量大。
CDMA方法中，用戶的窄帶數(shù)據(jù)信號(hào)通常被乘以一個(gè)頻帶比數(shù)據(jù)信號(hào)寬許多的擴(kuò)頻碼，得到一個(gè)相對(duì)寬的業(yè)務(wù)信道頻帶。已知的蜂窩網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)使用的業(yè)務(wù)信道帶寬為1.25MHz，10MHz和25MHz。由于相乘，數(shù)據(jù)信號(hào)擴(kuò)展到整個(gè)使用頻帶。所有用戶同時(shí)在同一個(gè)頻帶，或業(yè)務(wù)信道中發(fā)送數(shù)據(jù)?；竞陀脩艚K端間的每個(gè)鏈路使用一個(gè)單獨(dú)的擴(kuò)頻碼，依據(jù)各鏈路中的擴(kuò)頻碼區(qū)分各用戶信號(hào)。
常規(guī)的CDMA接收機(jī)中的相關(guān)器與所需信號(hào)同步，它們依據(jù)信號(hào)中的擴(kuò)頻碼來識(shí)別所需信號(hào)。數(shù)據(jù)信號(hào)在接收機(jī)中通過乘以與發(fā)射階段相同的擴(kuò)頻碼，恢復(fù)到原始帶寬。發(fā)射階段中與其它擴(kuò)頻碼相乘的信號(hào)與該接收機(jī)中的的擴(kuò)頻碼不能實(shí)現(xiàn)理想的相關(guān)，因此不能恢復(fù)到窄帶。于是相對(duì)于所需信號(hào)，它們表現(xiàn)為噪聲。系統(tǒng)中的擴(kuò)頻碼最好這樣選擇每個(gè)系統(tǒng)單元中的碼互相正交，即，它們互不相關(guān)。
在以已有方式實(shí)現(xiàn)的CDMA收發(fā)機(jī)中最耗時(shí)的環(huán)節(jié)是相關(guān)，同時(shí)相關(guān)器也是接收機(jī)內(nèi)最昂貴的部件。接收到的信號(hào)在相關(guān)器中與一個(gè)已知的擴(kuò)頻碼進(jìn)行逐個(gè)比特的比較，比較得到一個(gè)相關(guān)值。
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種利用CDMA的數(shù)據(jù)傳輸方法，在該方法中用一種更快更有效的辦法代替相關(guān)。
實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)要用到前文中描述過的方法，其特征是乘過偽隨機(jī)碼的信號(hào)進(jìn)一步被一組波形調(diào)制，波形的數(shù)目等于偽隨機(jī)碼的位數(shù)，每個(gè)波形的頻率都在給定的頻域內(nèi)。
本發(fā)明還涉及一種發(fā)射機(jī)，它包括用來將每個(gè)要發(fā)送的信號(hào)乘以一個(gè)一定長度的偽隨機(jī)碼的裝置，偽隨機(jī)碼的比特率高于要發(fā)送的信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的該發(fā)射機(jī)的特征在于該發(fā)射機(jī)內(nèi)包括用一組波形對(duì)已被偽隨機(jī)碼乘過的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制的裝置，波形的數(shù)目等于偽隨機(jī)碼的位數(shù)，每個(gè)波形的頻率都在給定的頻域內(nèi)。
本發(fā)明還涉及一種接收機(jī)，它包括用來把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的裝置，以及用來產(chǎn)生所需的偽隨機(jī)碼的裝置。根據(jù)本發(fā)明的該接收機(jī)的特征在于該接收機(jī)內(nèi)有對(duì)所需的偽隨機(jī)碼作反傅立葉變換的裝置，將數(shù)字化的接收信號(hào)與變換過的偽隨機(jī)碼相乘的裝置，以及對(duì)乘積信號(hào)作傅立葉變換的裝置。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，待發(fā)送的信號(hào)不僅要與擴(kuò)頻碼相乘，而且要被許多波形調(diào)制，待發(fā)送的信號(hào)通過一種反傅立葉變換變到頻域。調(diào)制的結(jié)果使擴(kuò)頻碼按照需要的間隔分布到頻域中。實(shí)際被發(fā)送的信號(hào)是許多波形的總和，該波形取決于該鏈路中所用的擴(kuò)頻碼。實(shí)際使用中，發(fā)射機(jī)可使用一定數(shù)量給定頻率的波形，每個(gè)鏈路的擴(kuò)頻碼的各比特位決定了該鏈路中發(fā)射的波形。波形的頻率可以根據(jù)無線信道的特性來選擇。
在根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)中，可以把接收到的信號(hào)與已經(jīng)過反傅立葉變換的擴(kuò)頻碼相乘。這樣可以取代傳統(tǒng)的相關(guān)操作，使處理過程實(shí)現(xiàn)起來更加快速和簡便。
下面，將參考一個(gè)例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，并附有以下示圖

圖1表示一個(gè)可使用根據(jù)本發(fā)明的方法的電信系統(tǒng)，圖2是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)方框圖，圖3是一個(gè)更加詳細(xì)的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)方框圖，圖4a表示一個(gè)待發(fā)送信號(hào)與擴(kuò)頻碼相乘后的時(shí)域圖，圖4b表示一個(gè)待發(fā)送信號(hào)被波形調(diào)制后的的頻域圖，圖5是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)的結(jié)構(gòu)方框圖，
圖6是一個(gè)更加詳細(xì)的根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)的結(jié)構(gòu)方框圖，以及圖7是另一個(gè)更加詳細(xì)的根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)的結(jié)構(gòu)方框圖。
下面，將用蜂窩系統(tǒng)作為應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明方法的電信系統(tǒng)的一個(gè)例子，更加詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的方法、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)。但是，該發(fā)明也可用于另外一些類型的不使用蜂窩技術(shù)的系統(tǒng)，如使用電力線的電信系統(tǒng)。
圖1表示一個(gè)蜂窩系統(tǒng)的例子，其中可以運(yùn)用根據(jù)本發(fā)明的方法。該系統(tǒng)包括一個(gè)基站10，它與服務(wù)于本地區(qū)的用戶終端14-16之間有雙向連接11～13。根據(jù)CDMA的基本原理，在各傳輸方向上終端設(shè)備的業(yè)務(wù)工作在同一頻域內(nèi)。每個(gè)鏈路使用它自己特有的擴(kuò)頻碼。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，用戶的窄帶數(shù)據(jù)信號(hào)首先按照傳統(tǒng)的CDMA，與一個(gè)擴(kuò)頻碼相乘，在同一個(gè)覆蓋區(qū)域中，用戶的擴(kuò)頻碼是唯一的。擴(kuò)頻碼的長度，即，該代碼的比特?cái)?shù)，用N表示。經(jīng)過相乘，該窄帶數(shù)據(jù)信號(hào)擴(kuò)展到給定頻帶，該頻帶寬度由擴(kuò)頻碼的比特率決定。由此得到的寬帶信號(hào)被一組數(shù)目為擴(kuò)頻碼的比特?cái)?shù)N的正交頻率f1…fN調(diào)制。經(jīng)過調(diào)制，與所用擴(kuò)頻碼對(duì)應(yīng)的正交頻率分量信號(hào)之和構(gòu)成待發(fā)射的信號(hào)。
前面提到的頻率f1…fN相互間的頻域間隔可以自由選擇。頻率間隔并不必要固定。在有的實(shí)現(xiàn)方式下，如根據(jù)所用的傳輸信道的特性，可能最好在一部分頻帶內(nèi)集中較多的頻率，而在另一部分頻帶內(nèi)減少頻率個(gè)數(shù)。例如，可以在頻帶的中部放置幾個(gè)頻率，在邊緣處減小頻率的密度。
圖2是一個(gè)表示根據(jù)本發(fā)明的CDMA發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)的通用方框圖。發(fā)射機(jī)包括用于對(duì)待發(fā)射信號(hào)實(shí)現(xiàn)語音編碼的裝置20，用于對(duì)語音編碼后的信號(hào)實(shí)現(xiàn)信道編碼的裝置21。信道編碼后的信號(hào)接著被送到裝置22，在那里，待發(fā)信號(hào)與用戶的擴(kuò)頻碼相乘。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射機(jī)還包括用一系列波形對(duì)與擴(kuò)頻碼相乘的信號(hào)實(shí)現(xiàn)調(diào)制，并將得到的調(diào)制波形加在一起的裝置22。所得的和信號(hào)被送到射頻裝置23，用天線24發(fā)射出去。
圖3極其詳細(xì)地表示出實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)。該發(fā)射機(jī)包括用于產(chǎn)生表征鏈路的用戶擴(kuò)頻碼40的裝置31，以及用于使待發(fā)送信號(hào)30和擴(kuò)頻碼相乘的裝置32。例如，假設(shè)所用的擴(kuò)頻碼為1101011。那么擴(kuò)頻碼的長度N為7。在實(shí)際系統(tǒng)中擴(kuò)頻碼自然要長許多。在乘法器32中，數(shù)據(jù)信號(hào)30的每個(gè)比特都與擴(kuò)頻碼相乘。圖4a示出與擴(kuò)頻碼相乘后的信號(hào)在時(shí)域中的可能形狀。乘積信號(hào)形成一個(gè)比特率等于擴(kuò)頻碼的比特序列。
發(fā)射機(jī)還包括其輸出波形包括f1…fN的N個(gè)信號(hào)發(fā)生器33a到33c。波形可以為正弦波。發(fā)射機(jī)還包括裝置34，其動(dòng)作受乘法器32輸出的比特序列的控制，裝置34的輸入由前面提到的信號(hào)發(fā)生器33a到33c的輸出信號(hào)組成。裝置34可以用N個(gè)開關(guān)41a到41c來實(shí)現(xiàn)，以使每個(gè)開關(guān)i，i＝1…N，輸入一個(gè)相應(yīng)的波形fi，各開關(guān)由來法器32輸出的比特序列中相應(yīng)的比特位i所控制。若比特序列中第i比特值為‘1’或其它相應(yīng)值，對(duì)應(yīng)的開關(guān)在該比特期間為開。相應(yīng)的，若比特序列中第i位比特值為‘0’或其它相應(yīng)值，對(duì)應(yīng)的開關(guān)在該比特期間為關(guān)。發(fā)射機(jī)進(jìn)一步還包括用以疊加開關(guān)裝置34輸出的信號(hào)35的裝置36，得到的和信號(hào)組成了待發(fā)送的用戶信號(hào)。所描述的方法可以被認(rèn)為是一個(gè)對(duì)待發(fā)送信號(hào)進(jìn)行的反傅立葉變換。
圖4b所示為頻域中一個(gè)可能的信號(hào)形狀，這里假設(shè)所用的擴(kuò)頻碼為前面提到的1101011，調(diào)制波形為正弦波。在這種情況下，信號(hào)由許多頻率分量組成，本例中，頻率分量為f1，f2，f4，f6和f7，即，比特序列中值為‘1’的比特位對(duì)應(yīng)的頻率。
如果發(fā)射機(jī)是用來同時(shí)發(fā)射多個(gè)用戶的信號(hào)的，例如基站發(fā)射機(jī)，它包括裝置37，用于在待發(fā)送信號(hào)上疊加用類似方式產(chǎn)生的其它用戶信號(hào)38。由此得到的和信號(hào)39進(jìn)一步提供給射頻部分。所有的用戶信號(hào)是由同樣一個(gè)正交波形組f1…fN構(gòu)成的，但每個(gè)用戶信號(hào)的波形成分不同，因?yàn)楦饔脩舻臄U(kuò)頻碼不同。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，調(diào)制波形除采用正弦信號(hào)外，也可其它波形，例如，用二進(jìn)制正交函數(shù)產(chǎn)生的信號(hào)，如Walsh函數(shù)。使用Walsh函數(shù)時(shí)，發(fā)射機(jī)仍按上述方式工作，除了用按照Walsh函數(shù)W0…WN-1產(chǎn)生正交信號(hào)的裝置替代頻率信號(hào)發(fā)生器33a到33c。這樣，開關(guān)裝置34輸出的和信號(hào)由Walsh函數(shù)集合成。
當(dāng)接收機(jī)使用根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸方法時(shí)，接收到的數(shù)字信號(hào)可按照所使用的擴(kuò)頻碼長度進(jìn)行傅立葉變換。這將把接收到的CDMA信號(hào)轉(zhuǎn)換為常規(guī)形狀，此后，信號(hào)可用傳統(tǒng)方法與發(fā)送端中所用的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的方法最好這樣應(yīng)用相關(guān)在傅立葉變換之前進(jìn)行。那么，相關(guān)就變?yōu)槿菀讓?shí)現(xiàn)得多的相乘。實(shí)現(xiàn)方法如下接收到的數(shù)字信號(hào)與已經(jīng)過反傅立葉變換的擴(kuò)頻碼相乘。由此得到的信號(hào)再經(jīng)傅立葉變換成為原始數(shù)據(jù)信號(hào)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，與使用相關(guān)器相比，它實(shí)現(xiàn)起來速度快、成本低。
圖5是一個(gè)表示根據(jù)本發(fā)明的CDMA接收機(jī)結(jié)構(gòu)的總體方塊圖。該接收機(jī)包括一個(gè)天線50，把接收到的信號(hào)通過射頻部分51輸入轉(zhuǎn)換器52，在此轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。數(shù)字化的信號(hào)被進(jìn)一步輸入到解調(diào)裝置53，在此信號(hào)與所用的擴(kuò)頻碼相關(guān)，和進(jìn)行所需的傅立葉變換。已恢復(fù)成原始窄帶的解調(diào)裝置53的輸出信號(hào)，被輸入到信道解碼器54，再從那兒被送到接收機(jī)的其它部分，如語音解碼器55。
圖6極其詳細(xì)地表示出實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。該接收機(jī)包括把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的裝置52。數(shù)字化后的信號(hào)被送到轉(zhuǎn)換器60，在此進(jìn)行傅立葉變換。變換后的信號(hào)再被送到相關(guān)器62，在此信號(hào)與裝置61產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼相關(guān)。相關(guān)器中用的擴(kuò)頻碼與信號(hào)傳輸所用的相同。相關(guān)后的信號(hào)63在相關(guān)過程中已經(jīng)被恢復(fù)為原始帶寬，它接下來再送到接收機(jī)的其它部分。
圖7表示按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的一種可能的接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。該接收機(jī)包括把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的裝置52。該接收機(jī)包括用于產(chǎn)生與信號(hào)發(fā)送端相同的擴(kuò)頻碼的裝置61。該擴(kuò)頻碼被輸入到第一轉(zhuǎn)換器70，在此，擴(kuò)頻碼進(jìn)行反傅立葉變換。該接收機(jī)包括一個(gè)乘法器71，在此接收到的數(shù)字信號(hào)與第一轉(zhuǎn)換器70輸出信號(hào)相乘。乘法器71的輸出信號(hào)被送到第二轉(zhuǎn)換器72進(jìn)行傅立葉變換。此后得到的信號(hào)73被送到接收機(jī)的其它部分，比如，信道解碼器。
盡管本發(fā)明是按照附圖，參考以上實(shí)例描述的，但顯然本發(fā)明并不限于此，而可在所附的權(quán)利要求書中公開的發(fā)明思想的范圍內(nèi)以多種方式變化。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)中數(shù)據(jù)發(fā)送的方法，該系統(tǒng)中，使用CDMA多址方法，每個(gè)待發(fā)數(shù)據(jù)信號(hào)(30)與一定長度的偽隨機(jī)碼(40)相乘，偽隨機(jī)碼的比特率高于待發(fā)數(shù)據(jù)信號(hào)，該方法的特征在于與偽隨機(jī)碼相乘后的信號(hào)進(jìn)一步被一組波形(f1…fN)調(diào)制，波形的個(gè)數(shù)等于偽隨機(jī)碼的比特?cái)?shù)，各波形的頻率都在所給的頻帶內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于由數(shù)據(jù)信號(hào)與偽隨機(jī)碼相乘得到的每個(gè)比特序列控制一組包含的開關(guān)個(gè)數(shù)等于所述比特序列中的比特?cái)?shù)的開關(guān)裝置(34)，所述開關(guān)按如下方式控制相應(yīng)個(gè)數(shù)的一組頻率合成器(33a到33c)若比特序列中某比特值為‘1’或類似值，對(duì)應(yīng)的開關(guān)為開，若比特序列中某比特值為‘0’或類似值，對(duì)應(yīng)的開關(guān)在為關(guān)。開關(guān)組的輸出信號(hào)在發(fā)射機(jī)中被加在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于當(dāng)同時(shí)發(fā)送幾個(gè)信號(hào)時(shí)，待發(fā)送的已調(diào)制的信號(hào)在發(fā)射機(jī)中被加在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述波形組(f1…fN)由正弦信號(hào)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述波形(f1…fN)之間的頻差不等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述波形組(f1…fN)用Walsh函數(shù)生成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于接收到的信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，并與一個(gè)經(jīng)過反傅立葉變換的偽隨機(jī)碼相乘，乘積信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于接收到的信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，并進(jìn)行傅立葉變換，該變換后的信號(hào)再與偽隨機(jī)碼相關(guān)。
9.一種發(fā)射機(jī)，包括用于使待發(fā)信號(hào)與一個(gè)有一定長度、比特率高于待發(fā)數(shù)據(jù)信號(hào)的偽隨機(jī)碼(40)相乘的裝置(32)，其特征在于該發(fā)射機(jī)包括裝置(34)，以用波形組(f1…fN)對(duì)已與偽隨機(jī)碼相乘過的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，波形的個(gè)數(shù)等于偽隨機(jī)碼的比特?cái)?shù)，各波形的頻率都在給定頻帶內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的發(fā)射機(jī)，其特征在于裝置(34)包括一組開關(guān)裝置(41a到41c)，開關(guān)的個(gè)數(shù)等于偽隨機(jī)碼的比特?cái)?shù)，開關(guān)組的輸入信號(hào)由相應(yīng)個(gè)數(shù)的頻率合成器(33a到33c)的輸出信號(hào)組成，開關(guān)組的控制信號(hào)由已與偽隨機(jī)碼相乘過的信號(hào)所形成的比特序列中的各比特位組成。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的發(fā)射機(jī)，其特征在于該發(fā)射機(jī)包括，用于組合幾路同時(shí)待發(fā)數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置(37)。
12.一種接收機(jī)，包括用于把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的裝置(52)，以及用于產(chǎn)生一個(gè)所需的偽隨機(jī)碼的裝置(61)，其特征在于該接收機(jī)包括用于對(duì)所需偽隨機(jī)碼進(jìn)行反傅立葉變換的裝置(70)，用于使數(shù)字化后的接收信號(hào)和轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼相乘的裝置(71)，以及用于對(duì)乘積信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換的裝置(72)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在采用CDMA多址方法的系統(tǒng)中使用的接收機(jī)和數(shù)據(jù)傳輸方法，該系統(tǒng)中每個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)(30)都與一個(gè)有一定長度的偽隨機(jī)碼(40)相乘，偽隨機(jī)碼的比特率高于要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。為保證高速和低成本的接收，乘過偽隨機(jī)碼的信號(hào)進(jìn)一步被一組波形調(diào)制，波形的數(shù)目等于偽隨機(jī)碼的位數(shù)，每個(gè)波形的頻率都在給定的頻域內(nèi)。根據(jù)本方法，信號(hào)在接收機(jī)中被轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，并與已經(jīng)過反傅立葉變換的偽隨機(jī)碼相乘，乘積信號(hào)再進(jìn)行傅立葉變換。
文檔編號(hào)H04B1/69GK1140000SQ95191405
公開日1997年1月8日 申請(qǐng)日期1995年11月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月29日
發(fā)明者秦正迪 申請(qǐng)人:諾基亞電信公司