相控陣擴頻方法

專利名稱：相控陣擴頻方法
技術領域：
本發明涉及擴頻通信，特別是涉及利用相控陣原理增強通信的方法和裝置，相控陣原理提高了經多路徑到達接收機的擴頻信號的信噪比。
在多徑環境下用擴頻調制通信時，當被接收信號來自兩條路徑時，實現有效的信號強度是一個問題。該來自兩個路徑的被接收信號可能具有相位抵消，接收不到，或具有不可接受的誤碼率。
作為本領域公知的相控陣需要N個天線部件以區別從不同路徑或方向到達相控陣的多至N-1個信號。這種空間分集的概念在天線理論中得到了很好的發展。
本發明的總目的是一種在多徑環境下接收擴頻信號的改進系統和方法。
本發明的另一個目的是提高被接收信號與噪聲之比，或減小自兩個或多個路徑到達的擴頻信號的誤差概率。
本發明的另一個目的是接收從多個不同方向到達天線的多個擴頻信號，而與天線部件的數量無關。
正如所體現并在這里概括描述的，根據本發明，提供有一個相控陣擴頻系統，該系統包括接收裝置，延遲裝置，合并裝置，解擴裝置，發生裝置，存儲裝置，和比較裝置。接收裝置接收多個擴頻信號和該多個擴頻信號的多個相控形式。典型地，該多個擴頻信號由與第一天線連接的第一多個的接收機接收，該多個擴頻信號的多個相控形式由與第二天線連接的第二多個的接收機接收。該多個擴頻信號和該多個擴頻信號的多個相控形式被數字化。通過多次延遲，延遲裝置能夠相對于該多個擴頻信號的多個相控形式使該多個被接收擴頻信號得到延遲。該多個被接收擴頻信號從而變成多個被延遲信號。
合并裝置將該多個被延遲信號和該多個擴頻信號的多個相控形式合并成多個組合信號。每個被延遲信號的同相分量分別與每個擴頻信號的每個相控形式的同相分量相組合。每個被延遲信號的正交分量分別與每個擴頻信號的每個相控形式的正交分量相組合。
解擴裝置把該多個組合信號解擴成多個解擴信號。這可通過使用多個積檢測器利用分別與該多個被接收擴頻信號匹配的多個跳頻序列實現，或利用具有分別與該多個被接收擴頻信號的多個跳頻序列匹配的多個脈沖函數的多個匹配濾波器實現。
發生裝置根據多個解擴信號生成多個量值。每個量值可以是絕對值，或是該解擴信號的同相分量和正交分量的平方。
存儲裝置存儲在先由發生裝置生成的多個在先量值和由該發生裝置當前生成的多個當前量值。該多個在先量值和多個當前量值分別由比較裝置進行比較。響應該比較結果，該比較裝置輸出多個比較信號。延遲裝置可以分別根據該多個比較信號改變所述多次延遲中的任意一個或全部。
本發明還包括一種使具有多路徑的多個擴頻信號的信號強度最大的方法，它包括接收多個擴頻信號和該多個擴頻信號的多個相控形式的步驟。通過多次延遲，相對于該多個擴頻信號的多個相控形式延遲該多個被接收擴頻信號，以產生多個延遲信號。該多個延遲信號和該多個擴頻信號的多個相控形式被組合成多個組合信號，和該多個組合信號被分別解擴成多個解擴信號。
該方法包括根據該多個解擴信號生成多個量值，存儲多個在先量值和多個當前量值。對該多個在先量值和多個當前量值進行比較，和根據該比較結果輸出多個比較信號。利用該多個比較信號改變所述多次延遲。生成多個量值的步驟是一種確定最大值的方法。也可使用其他用于確定最大值的步驟或等效方法。
本發明的其他目的和優點在下面的描述中將逐步地顯出，并從描述中逐步地變得明顯，或可通過本發明的實現了解到。本發明的這些目的和優點也可通過在所附權利要求中特別指出的手段和各種組合來實現和獲得。
與本說明書結合并作為其一部分的附圖示出了本發明的優選實施例，連同所作的描述一起用于對本發明的原理進行解釋。


圖1是說明本發明總的概念的框圖；圖2示出了正被一用戶接收的兩個多徑信號；圖3是用于調整兩個接收機之間相位的框圖；圖4是用于調整多個擴頻信號的相位的框圖；和圖5是用于調整兩組接收機之間多個擴頻信號的相位的框圖。
現在對本發明的優選實施例做更詳細的參考解釋，并結合附圖對本發明的例子進行說明，其中，圖中相同的參考數字表示相同的部件。
手機本發明提供了一種新穎的相控陣擴頻系統，該系統包括接收裝置，延遲裝置，合并裝置，解擴裝置，發生裝置，存儲裝置，和比較裝置。延遲裝置連接在接收裝置與合并裝置之間。解擴裝置連接在合并裝置與發生裝置之間。存儲裝置連接在發生裝置與合并裝置之間，而合并裝置連接到延遲裝置。
圖1的接收裝置接收擴頻信號和該擴頻信號的相控形式。作為這里使用的術語“相控形式”包括具有與被接收擴頻信號不同的相位的擴頻信號的形式，和/或具有相對于被接收擴頻信號的時延的擴頻信號的形式。如圖2所示，這種不同的相位和/或時延由來自不同路徑，諸如從不同建筑物17、18反彈回來的擴頻信號15和該擴頻信號的相控形式16所引起。該相控陣擴頻系統可以在基站或如圖2所示的遠端用戶單元(RSU)，諸如手機19中實施。因為第一擴頻信號15存在一次反射，而一第二射線，諸如該擴頻信號的相控形式16存在兩次反射，所以當每次接收時相位變化發生。作為該兩信號間時間差的結果，多徑信號可能經歷相位抵消和產生衰落。圖1的相控陣擴頻系統對兩個天線11、12中的一個進行充分地延遲或相移，以控制從兩個天線到達建筑物或具有最大信號強度的射線路徑的波束的方向。
典型地，如圖所示，接收裝置包括第一天線11和第二天線12。擴頻信號d(t)g(t)cosω0t由與該第一天線11連接的第一接收機接收，而該擴頻信號的相控形式d(t-τ)g(t-τ)cosω0(t-τ)由與該第二天線12連接的第二接收機接收。第一接收機和第二接收機包括適用的射頻(RF)和中頻(IF)放大器和濾波器。被接收的擴頻信號和該擴頻信號的相控形式可被數字化。
如圖1所示作為延遲裝置13的延遲裝置通過一次延遲能夠相對于該擴頻信號的相控形式使該被接收擴頻信號得到延遲。該被接收擴頻信號從而變成延遲信號，該延遲近似地等于該擴頻信號的相控形式的延遲。一個優選實施例使用了數字信號處理。因此，該延遲裝置將包括諸如移位寄存器的數字延遲裝置。可替換地，模擬電路將使用模擬延遲裝置，或相移器。
雖然示出了兩個天線，但該接收裝置可以包括用于提高性能的附加天線。所述延遲裝置則將具有適于多個天線的合適延遲電路。
如圖所示作為合并器14的合并裝置把所述延遲信號和該擴頻信號的相控形式合并成一個組合信號。該延遲信號和該擴頻信號的相控形式具有近似的相同相位和時延。因此，該延遲信號的同相分量與該擴頻信號的相控形式的同相分量合并，該延遲信號的正交分量與該擴頻信號的相控形式的正交分量合并。
解擴裝置把所述組合信號解擴成解擴信號。這可通過使用一個積檢測器利用與該被接收擴頻信號匹配的一個跳頻序列實現，或利用一個具有與該被接收擴頻信號的跳頻序列匹配的脈沖函數的諸如表面聲波(SAW)裝置的匹配濾波器實現。用于解擴擴頻信號的積檢測裝置、數字信號處理器和SAW裝置是本技術領域所公知的。
發生裝置根據該解擴信號產生量值。該量值可以是一個絕對值，該解擴信號的同相分量和正交分量的平方，或用于確定相對信號強度值的該解擴信號的其他量值。目前正由該發生裝置產生的量值這里被稱作當前量值。由該發生裝置在先產生的量值這里被稱作在先量值。雖然可以按時間和其他量值將在先量值與當前量值分開，但還是用就在該當前量值之前產生的在先值來對本發明進行講授。而且，可以使用不止一個在先量值。我們使用一個在先值對本發明的概念進行講授。
存儲裝置存儲由發生裝置在先產生的在先量值和由該發生裝置當前產生的當前量值。在一個數字化實施中，該存儲裝置可以體現為一個移位寄存器，或等效地體現為執行存儲功能的門電路。在模擬的實施中，該存儲裝置可以體現為兩個或多個用于存儲在先量值和當前量值的電容器。
該在先量值和當前量值由比較裝置進行比較。響應該比較結果，比較裝置輸出一個比較信號。例如，如果該當前量值大于該在先量值，則該比較裝置輸出一個比較信號，以增大該延遲裝置的延遲τ，相反，如果該當前量值小于該在先量值，則該比較裝置輸出一個比較信號，以減小該延遲裝置的延遲τ。該延遲裝置根據所述比較信號改變第一延遲。如果使用多個在先量值，則可以使用具有對該多個在先量值加權的比較裝置的方案。
如果該延遲τ小于片Tc的時間，則本發明提供了改進。本發明工作在封閉的多路徑中。對于極端的多路經，噪聲是產物。因此，本發明找到了在建筑物中或其中τ＜Tc的區域內的應用。對于τ＞Tc，應該使用瑞克(RAKE)系統。
在圖3所示的示例性按排中，被體現為第一天線11，第一RF/IF部分21，第一模/數轉換器23，第二天線12，第二RF/IF部分22，和第二模/數轉換器24。第一RF/IF部分21連接在第一天線11與第一模/數轉換器23之間。第二RF/IF部分22連接在第二天線12與第二模/數轉換器24之間。典型地，該第一RF/IF部分21產生被接收擴頻信號的同相分量和正交分量。第二RF/IF部分22產生被接收擴頻信號的相控形式的同相分量和正交分量。
正如圖3中圖示所說明的，第一模/數轉換器23和第二模/數轉換器24的輸出可進入用于處理擴頻信號25，26的不同信道的其他部分。
延遲裝置被體現為一第一數字延遲裝置27。該延遲裝置可額外包括一個第二數字延遲裝置28。第一延遲裝置27連接到第一模/數轉換器23。如果包括第二數字延遲裝置28，則該第二延遲裝置28被連接到第二模/數轉換器24。
合并裝置被體現為第一求和器29和第二求和器30。第一求和器29連接到第一數字延遲裝置27和第二數字延遲裝置28。第二求和器30連接到第一數字延遲裝置27和第二數字延遲裝置28。如果不包括第二數字延遲裝置28，則第一求和器29被連接到第一數字延遲裝置27和第二模/數轉換器24，和第二求和器30也連接到第一數字延遲裝置27和第二模/數轉換器24。
解擴裝置被體現位一個解擴器31。該解擴器31可被體現為一個與合適的跳頻序列發生器連接的乘積裝置和用于解擴被接收擴頻信號的同步電路。可替換地，該解擴器31可以是一個包括合適乘積裝置的數字信號處理器，或是一個具有與該被接收擴頻信號的跳頻序列匹配的脈沖響應的匹配濾波器。正如本領域所公知的，可以使用具有與所述跳頻序列匹配的脈沖響應的表面聲波(SAW)裝置。
發生裝置被體現為一個量度裝置32。該量度裝置32連接到解擴器31。通常，該解擴器31被連接到對包含在被接收擴頻信號中的數據進行解調的附加電路。
存儲裝置體現為一個移位寄存器33。該移位寄存器33連接到量度裝置32。該存儲裝置也可體現為是多個門、寄存器，或用于存儲量值的其他電路。
比較裝置可被體現為一個比較器34和一個上/下計數器35。比較器34典型地具有兩個連接到移位寄存器33的輸出端。上/下計數器35連接到比較器34的輸出端和連接到第一數字延遲裝置27和/或第二數字延遲裝置28。
第一天線11接收由第一RF/IF部分21放大的擴頻信號。第一RF/IF部分21向第一模/數轉換器23輸出一個同相分量和一個正交分量。第一模/數轉換器23將所述同相分量和正交分量轉換成數字化的同相分量和數字化的正交分量。可利用類似于相位補償電路40的組件通過在輸出端耦合該第一模/數轉換器23的輸出對這些分量進行處理。
類似地，利用第二天線12接收該擴頻信號的相控形式，然后利用第二RF/IF部分22對其進行放大和濾波。該第二RF/IF部分22具有同相分量和正交分量的輸出端，所述同相分量和正交分量被饋送到第二模/數轉換器24。第二模/數轉換器24的輸出26可進入用于處理不同跳頻序列的類似于相位補償電路40的組件。例如，一個擴頻信號可能具有多個擴頻信道，每個擴頻信道由一個不同的跳頻序列定義。因此，每個組件都可用于一相應的擴頻信道，利用該特定的跳頻序列進行處理。
第一數字延遲裝置27通過第一延遲對數字化擴頻信號進行延遲。第一數字延遲裝置27輸出是第一延遲信號。第二數字延遲裝置28通過第二延遲對數字化的擴頻信號的相控形式進行延遲。第二數字延遲裝置28輸出是第二延遲信號。第二數字延遲裝置28是任選的，并不是本發明的應用所必需的。如果不包括第二數字延遲裝置28，則術語“第二延遲信號”指的是自第二模/數轉換器24輸出的數字化的擴頻信號的相控形式。
第一求和器29把來自第一數字延遲裝置27的第一延遲信號的正交分量與來自第二數字延遲裝置28的第二延遲信號合并。該第一求和器的輸出為第一組合信號。
第二求和器30把來自第一數字延遲裝置27的同相分量與來自第二數字延遲裝置28的同相分量合并。因此，第一延遲信號的同相分量與第二延遲信號組合成第二組合信號。
解擴裝置31把第一組合信號和第二組合信號解擴成解擴的同相信號和解擴的正交信號。該解擴的同相信號和解擴的正交信號可由其他用于對包含在被接收擴頻信號中的數據進行解調的處理裝置(未示出)處理。
量度裝置32根據所述解擴的同相信號和解擴的正交信號產生一個量值。該量值可以是根據解擴的同相信號和解擴的正交信號確定的絕對值，或是該解擴的同相信號的平方加該解擴的正交信號的平方。可以使用能建立確定相對信號強度值的相同功能的其他量度。該量值的功能是把一當前量值的信號強度與一在先量值進行比較。
移位寄存器33存儲該在先量值和該當前量值，以便可由比較器34做出比較。當把該該在先量值與該當前量值進行比較時，比較器34輸出一個比較信號。該比較信號能夠控制上/下計數器35增加或減少第一數字延遲裝置27的延遲。可選擇地，該上/下計數器35可增加或減少第二數字延遲裝置28的延遲。
本發明還包括一種使具有多路徑的擴頻信號的信號強度最大的方法，它包括接收該擴頻信號和該擴頻信號的一個相控形式的步驟。通過一次延遲，相對于該擴頻信號的相控形式延遲該被接收擴頻信號，以產生一延遲信號。該延遲信號的同相分量和正交分量與該擴頻信號的相控形式的同相分量和正交分量被組合成一個組合信號的同相分量和正交分量，和該組合信號被解擴成解擴信號的同相分量和正交分量。
該方法包括根據所述解擴信號的同相分量和正交分量產生一個量值，存儲在先量值和當前量值。把該在先量值和當前量值進行比較，和根據該比較結果輸出一個比較信號。利用該比較信號改變所述延遲。
基站本發明被擴展到基站，該新穎的相控陣擴頻系統對多個擴頻信號進行處理。在本實施例中，接收裝置接收多個擴頻信號和該多個擴頻信號的多個相控形式。正如圖2所示，這種不同的相位和/或時延由來自不同路徑，諸如從不同建筑物17、18反彈回來的擴頻信號15和該擴頻信號的相控形式16所引起。典型地，如圖3，4和5所示，該接收裝置包括第一天線11和第二天線12。該接收裝置還可包括合適的RF和IF放大器和濾波器。被接收的擴頻信號和該擴頻信號的相控形式可被數字化。
如圖4所示作為延遲裝置121，延遲裝置122，。。。，延遲裝置123的延遲裝置通過多次延遲能夠相對于被接收的該多個擴頻信號的多個相控形式使該被接收的多個擴頻信號延遲。該被接收的多個擴頻信號從而變成多個延遲信號，該多個延遲信號的每個的延遲近似地等于各個擴頻信號的相控形式的延遲。一個優選實施例使用了數字信號處理。因此，該延遲裝置將包括諸如移位寄存器的數字延遲裝置。可替換地，模擬電路將使用模擬延遲裝置，或相移器。
如圖4所示作為合并器14的合并裝置把所述多個延遲信號和多個擴頻信號的相控形式合并成一個組合信號。該合并裝置的輸出可以包括合適的RF電路和/或IF電路124。
多個延遲信號中的每一個和多個擴頻信號的各自相控形式的每一個分別具有相同的相位或時延。這樣，延遲信號的同相分量與擴頻信號的相控形式的同相分量合并，該延遲信號的正交分量與該擴頻信號的相控形式的正交分量合并。
解擴裝置把所述組合信號解擴成多個解擴信號。如圖4所示，這可通過使用多個解擴裝置131，132，…，133完成。每個解擴裝置可使用一個積檢測器或混合器利用與一特定信道的被接收擴頻信號匹配的一個跳頻序列實現。可替換地，該解擴器也可利用一個具有與該特定信道的被接收擴頻信號的跳頻序列匹配的脈沖函數的諸如表面聲波(SAW)裝置的匹配濾波器實現。用于解擴擴頻信號的積檢測裝置、混合器、數字信號處理器和SAW裝置是本技術領域所公知的。
控制裝置可以包括發生裝置，存儲裝置，和比較裝置。發生裝置能夠根據多個解擴信號產生多個量值。存儲裝置存儲由發生裝置產生的多個在先量值和多個當前量值。比較裝置把該多個在先量值與該多個當前量值進行比較，和輸出多個比較信號。圖3中示出了所述發生裝置，存儲裝置和比較裝置的一個實施例。
響應所述多個比較信號，延遲裝置分別對多個延遲進行改變。圖4簡要地示出了控制電路141，142，…，143是如何分別與延遲裝置121，122，…，123連接的。正如本領域技術人員所清楚的，圖4所示的控制電路可以利用圖3中用于每個擴頻信道的電路實現。
圖5示出了一個替換實施例，它具有一個連接到天線11的信號延遲裝置13。還示出了一個經延遲裝置13連接到天線11的RF/IF放大器21，和一個連接到天線12的RF/IF放大器22。在圖5中，由跳頻序列g1(t)，g2(t)，…，gk(t)定義的每個擴頻信道通過用于多個擴頻信號的多個解擴器151，152，…，153被解擴。類似地，利用跳頻序列g1(t)，g2(t)，…，gk(t)，該多個擴頻信號的多個相控形式由多個解擴器161，162，…，163解擴。
延遲裝置13通過一次延遲，相對于被接收的多個擴頻信號的多個相控形式延遲該多個擴頻信號，由此以產生多個延遲信號。
合并裝置153把該多個延遲信號與該多個擴頻信號的多個相控形式合并成一個組合信號。響應該組合信號，控制電路166改變延遲裝置13的延遲。
在使用中，該相控陣擴頻系統和方法可被使用在基站或遠端單元中。由相控陣擴頻系統和方法接收的擴頻信號由第一天線11和第二天線12接收，由第一和第二RF/IF部分21，22處理，并由第一模/數轉換器23和第二模/數轉換器24轉換成數字形式。最好，使用數字信號處理并被包括在專用集成電路(ASIC)中。來自第一模/數轉換器23的數字化擴頻信號最好相對于來自第二模/數轉換器24的數字化的擴頻信號的相控形式被延遲。利用上/下計數器35對第一數字延遲裝置27進行調整，直到所述數字化擴頻信號與所述數字化的擴頻信號的相控形式之間的相位和或/時延接近一致為止。響應比較器34對存儲在寄存器33中的當前量值和在先量值的比較，上/下計數器35的變化使得調整發生。
這樣，擴頻信號和該擴頻信號的相控形式被接收，按中頻或基頻被處理，和被數字化。各同相和正交分量被使用，并被延遲和被相加。復合同相分量和正交分量然后被解擴。然后提取該被解擴擴頻信號的量值；它表示所需信號的功率或信號強度。當前量值和在先量值被輸入到移位寄存器33并通過比較器34進行比較。比較器34通知上/下計數器35按增加或減少(即上或下)計數，由此對延遲進行控制。這樣，計數的增加可能使延遲增加，相反，計數的減少可能使延遲減少。為了更有效，上/下計數器35可以使用各種控制算法。
相控陣擴頻系統控制由第一天線11和第二天線12在最強多路徑的方向上形成的天線束的方向。這一功能能被連續地執行，以便連續地搜尋最佳多路徑。這種天線束的控制能在基站和手機(即遠端用戶單元)進行。
可以對本發明的基站相控陣擴頻系統和方法做出各種改進，而不脫離本發明的范圍和精神，這對本技術領域的技術人員來說是顯而易見的。本發明是要覆蓋落入所附權利要求范圍內的基站相控陣擴頻系統和方法的各種改良和變異以及它們的等效物。
權利要求
1.一種接收擴頻信號的方法包括下列步驟接收多個擴頻信號；接收該多個擴頻信號的多個相控形式；通過一次時延，相對于該多個擴頻信號的多個相控形式至少延遲該多個擴頻信號，由此產生多個延遲信號；把多個延遲信號解擴成第一多個解擴信號；把多個擴頻信號的多個相控形式解擴成第二多個解擴信號；把第一多個解擴信號和第二多個解擴信號組合成組合信號；產生該組合信號的一個量值；存儲該量值作為一個當前量值；將一在先量值與該當前量值進行比較；響應將該在先量值與該當前量值進行比較，輸出一個比較信號；和響應該比較信號，改變所述時延。
全文摘要
一種相控陣擴頻系統使具有多路徑的擴頻信號的信號強度最大。RF/IF部分(22)接收該多個擴頻信號的多個相控形式。數字延遲裝置(27，28)通過多個延遲，相對于多個擴頻信號的多個相控形式延遲所接收的擴頻信號。求和器(29，30)把被延遲擴頻信號和它們的相控信號合并成多個組合信號。解擴器(31)把該組合信號解擴成多個解擴信號。量度裝置(32)根據該解擴信號產生多個量值。移位寄存器(33)存儲由量度裝置(32)在先和當前產生的多個在先量值和當前量值。比較器(34)把該在先量值與該當前量值進行比較，并輸出多個比較信號。數字延遲裝置(27，28)響應該比較信號增加或縮短所述多個延遲。
文檔編號H04B1/69GK1393999SQ0114000
公開日2003年1月29日 申請日期1995年6月16日 優先權日1994年6月28日
發明者唐納德L·希林 申請人:交互數字技術公司