專利名稱：一種用于移動通信環境下提取碼片時鐘同步信號的方法
技術領域：
本發明涉及一種在移動通信環境中的提取碼片(chip)時鐘同步信號的方法，特別的，涉及一種應用在碼分多址移動通信中的提取碼片(chip)時鐘同步信號的方法。
現有技術在現有移動擴頻收、發信機中，接收機提取chip時鐘的一般方法是通過延遲鎖定環(DLL)來實現。利用鎖定環提取的chip時鐘用于驅動本地偽碼發生器，從而保證本地產生的偽碼與接收擴頻序列完全同步；同時，提取的chip時鐘也用作發信機的擴頻時鐘。對擴頻序列進行跟蹤鎖定的依據是擴頻序列的自相關特性(假設擴頻偽碼的相關特性如圖1所示)。圖1示出擴頻偽碼的相關特性，其中τ表示接收的偽隨機碼與本地偽碼的相位差，R(τ)表示兩者的相關峰的相對幅度。由圖1可以看出，接收的偽隨機碼與本地偽碼完全對齊時，相關值最大，而兩者的偏差越大，相關值越小。相關值的大小反映了二者對齊的程度。為了反映本地偽碼是超前還是滯后于接收偽碼，通常使接收偽碼與相位延遲半個碼片、相位超前半個碼片的兩路本地偽碼進行相關，兩路超前、滯后本地碼與接收信號的相關值相減所得的值就反映了相位差的方向和大小。運用這個相位差信號(由自相關特性決定)去閉環調節本地序列的相位，從而達到把兩個序列相位差控制到最小狀態，即實現了跟蹤，從而輸出chip時鐘同步信號。
延遲鎖定環路本質上就是一個鎖相環路，圖2中表示出跟蹤環路的基本構成。如圖所示，它主要由以下幾個部分組成鑒相器(PD)、環路濾波器(LF)、壓控振蕩器(VCO)。鑒相器(PD)是一個相位比較裝置，用來檢測輸入信號相位與反饋信號的相位差。鑒相特性的斜率和鑒相增益大小也是很重要的，它直接影響環路的基本參數。壓控振蕩器(VCO)本質上是一個積分器，它輸出提取的chip時鐘，用來驅動本地偽碼發生器。
然而，在移動通信環境中，所接收信號的徑總是在不停的變化，伴隨著一些徑的消失，同時有新的徑生成，而且徑的幅度、相位也在不停地變化，若單純采用延遲鎖定環提取chip時鐘，只能對單徑進行，如果該徑消失，則提取的chip時鐘就會中斷，如果徑的幅度、相位變化很快，就會導致提取的chip時鐘抖動過大。如果提取的chip時鐘還用作發射機的擴頻時鐘，就會導致發射信號中斷或異常。
發明內容
如前所述單純采用一個延遲_鎖定環的方法來提取時鐘，由于移動環境的變化，會導致提取時鐘的不穩定。因此，本發明的目的在于提供了一種在移動環境中穩定提取chip時鐘同步信號的方法，用來克服在實際工作環境中，由于多徑信號的不斷變化，給提取穩定統一的chip時鐘信號而帶來的困難。
基于此，本發明提取穩定的碼片時鐘同步信號的方法如下幀脈沖選擇模塊根據預先設定的選擇條件，在多個導頻信道幀定時脈沖信號中選擇一個幀定時脈沖信號，作為參考基準脈沖信號；鑒相器對該基準脈沖信號與本地幀定時脈沖信號鑒相，產生相位誤差控制量；環路濾波器響應所述誤差控制量，產生脈沖控制信號；數字控制振蕩器(NCO)根據所述脈沖控制信號對外界輸入的驅動時鐘信號分頻，產生碼片時鐘同步信號；計數分頻器對所述碼片時鐘同步信號進行計數分頻，產生本地幀同步脈沖信號，并輸入所述的鑒相器中，與所述基準脈沖信號鑒相。
本發明在多徑環境下采用對各個徑進行跟蹤，從中選擇合適的幀定時脈沖信號作為參考基準，通過鎖相環提取chip時鐘的方案，能夠克服利用單徑信號作為參考信號帶來的時鐘提取不穩定的缺陷，可以在移動多徑通信環境中提取出穩定的chip時鐘。從而避免了在移動通信環境中，由于所接收信號的徑的不停變化，導致提取的chip時鐘信號不穩定(消失或抖動過大)的問題。
以下結合附圖和實施例對本發明進行進一步的說明。
圖1是PN(偽噪聲)碼的自相關特性的示意圖；圖2是跟蹤環路的基本構成原理圖；圖3是本發明RAKE接收機基本構成的原理圖；圖4是本發明RAKE接收機finger的基本構成原理圖；圖5是本發明移動多徑環境下的chip時鐘提取實現原理圖；圖6是本發明在WCDMA移動臺中的CHIP時鐘提取電路原理圖；具體實施方式
圖3中表示了RAKE(rake)接收機基本構成。在移動CDMA系統中，接收信號一般采用RAKE接收機來實現，如圖所示，圖3中虛線所圍部分即為RAKE接收機。RAKE接收機包括多個指峰(下文中簡稱為“finger”)，而每個finger就是一個直序擴頻單徑接收機。RAKE接收機的工作流程是擴頻信號輸入后，在多徑搜索器的作用下，搜索出各徑的時延分布，然后RAKE接收的各個finger(對應圖3中的單徑接收1～N)，根據分配徑的時延分布，單獨跟蹤解調該徑，并輸出該徑的數據解調結果。最后，各個finger的解調結果按照一定的規則(如最大比合并方法)進行合并，從而輸出統一的解調結果。
因此，RAKE接收的各個finger，其內部構成、工作原理應完全一樣，圖4表示RAKE接收機finger的基本構成原理圖。圖4中，基帶輸入信號首先輸入到相關器，通過相關器完成擴頻相關運算，而信道估計提取信道的傳輸特性，供延遲均衡模塊用來消除信道傳輸特性對調制數據的影響，從而實現數據解調。而本地擴頻碼發生器則在延遲鎖定環提取的chip時鐘同步信號驅動下，產生擴頻碼。在RAKE接收的每個finger中，都包括一個延遲鎖定環，它用來產生對應其接收徑的chip時鐘同步信號。這樣，如果一個RAKE接收機有N個finger，就可以最多產生N個chip時鐘同步信號。而在實際的工作環境中，為了保證接收效果，一個RAKE接收機至少需要4個finger。本發明所要解決的問題的關鍵就是如何從這N個chip時鐘同步信號中，提取出統一的chip時鐘同步信號。
正如前面所述不可能依靠單獨的一個finger，以其輸出的chip時鐘同步信號作為統一的chip時鐘同步信號。因為在實際的工作環境中，finger所跟蹤的徑，在時刻發生著變化，如果所跟蹤的徑消失，那么提取的chip時鐘同步信號就會出錯，也不能保持穩定。
因此，本發明所提供的提取穩定統一的chip時鐘同步信號方法，用于克服在實際工作環境中，由于多徑信號的不斷變化而給提取穩定統一的chip時鐘同步信號所帶來的困難。具體的實現時鐘提取的方法在下文中進行敘述。
對于RAKE接收機的每一個finger，在工作過程中，要求輸出一個導頻信道幀定時脈沖信號，該信號的產生方法如下若某一finger啟動后，該finger中的跟蹤環跟蹤特定的一條徑，輸出對應該徑的chip時鐘同步信號；然后利用該時鐘信號，按照一定的幀長度進行計數，就可以得到導頻信道幀定時脈沖信號。這樣，該finger中chip時鐘的變化，就直接體現到該finger的導頻信道幀定時脈沖信號上。
因此，在RAKE啟動后，如果有N個finger工作，就可以同時輸出N個導頻信道幀定時脈沖信號。利用這些導頻信道幀定時脈沖信號，再利用鎖相環原理，就可以提取輸出穩定的chip時鐘同步信號。整個提取過程參照圖5進行說明。
圖5是移動多徑環境下實現chip時鐘同步信號提取的原理圖。如圖所示，首先，由幀脈沖選擇模塊從RAKE輸出的N個figner的導頻信道幀定時脈沖信號中，選擇出某一個finger輸出的導頻信道幀定時脈沖信號，作為參考基準脈沖信號。該選擇可以按照不同的原則進行，如根據最強徑原則即哪一個finger所跟蹤徑的能量最強，則選擇該finger輸出的導頻信道幀定時脈沖信號；還可以根據最早徑原則，即哪一個finger所跟蹤的徑最早到達，則選擇該finger輸出的導頻信道幀定時脈沖信號。另外，如果某一條徑消失，則跟蹤該徑的finger停止工作，不再輸出導頻信道幀定時脈沖信號，該finger就不再參加選擇。而如果有一條新徑生成，則分配一個finger對其進行跟蹤，該finger輸出的導頻信道幀定時脈沖信號就參加選擇。這樣，無論環境引起的徑如何變化，總能得到一個參考幀同步脈沖，供整個chip時鐘同步信號提取環路使用。
然后，選擇出來的導頻信道幀定時脈沖信號，即下文中的“參考基準脈沖信號”，輸出到鑒相器，在那里與由圖中的計數分頻器通過分頻產生的本地幀定時脈沖信號(將在下文中進行描述)進行鑒相，生成超前或滯后相位誤差控制量。超前或滯后相位誤差信號的產生方法是在本地幀同步信號脈沖后一固定位置(固定時間偏移)產生一時間比較基準同步脈沖。選擇出來的幀定時脈沖啟動一計數器，而時間比較基準同步則停止該計數器。計數器停止處的計數值與固定時間偏移相減。如果結果為正，則本地幀同步超前選擇出來的幀同步，從而產生超前誤差控制量；反之，若結果為負，則本地幀同步滯后選擇出來的幀同步信號，從而產生滯后誤差控制量。隨即，鑒相器將上述誤差控制量輸出到環路濾波器。本發明中，環路濾波器可以采用隨機徘徊濾波器實現。在濾波器中設置一個中間量和一個偏移量。設中間量初值為M，偏移量設為L。當超前誤差控制量到來后，對中間量加1，而滯后誤差控制量到來后，則中間量減1。如果通過一系列的加、減操作中間量到達M+L，則環路濾波器中間量回到初值M，同時輸出“加”脈沖控制信號，而如果一系列的操作導致濾波器中間值為M-L，則濾波器也回到初值M，同時輸出“減”脈沖控制信號。隨機徘徊濾波器輸出“加”、“減”脈沖控制信號去控制NCO(number controloscillator，數字控制振蕩器)。
圖5中的NCO可以利用計數分頻的方法實現其功能。即通過一個高速時鐘脈沖，驅動一個計數器，進行分頻，從而得到提取的chip時鐘同步信號。只不過這個計數分頻器，是在“加”、“減”脈沖的控制下運行。即“加”脈沖到來時，計數器保持計數不變；而“減”脈沖到來時，則計數器多加一個高速時鐘周期。而分頻器則根據計數值，對外界輸入給它的驅動時鐘進行分頻，這樣，提取的chip時鐘同步信號，按照需要加快或減慢，從而實現對發射方chip時鐘的同步跟蹤。
NCO輸出的chip時鐘同步信號，進一步到達計數分頻器進行計數，然后分頻產生本地的幀同步脈沖信號。該幀同步脈沖反饋到鑒相器，與選擇出來的參考基準脈沖信號進行比相。
這樣，就構成了一個應用于移動多徑環境下完整的鎖相時鐘提取環路。而最終提取的chip時鐘同步信號，通過環路中的NCO輸出。
圖6是本發明優選的在WCDMA移動臺中CHIP時鐘同步信號提取電路的原理圖；在設計WCDMA移動臺的過程中，利用本發明中敘述的方法提取chip時鐘同步信號，用來驅動上行鏈路的擴頻調制。具體的實現結構如圖6所示。
首先，利用RAKE接收機中輸出的下行導頻信道幀同步脈沖，作為輸入時鐘提取環路的導頻信道幀定時脈沖信號。圖6中最強徑選擇模塊用于實現對參考基準脈沖的選擇。為了選擇參考基準脈沖，需要前端的RAKE接收機輸出各個finger的導頻信道的幀定時脈沖信號、導頻信道INTIME支路能量和各個finger跟蹤環的鎖定指示。在WCDMA體制下，各徑的跟蹤環是通過跟蹤導頻信道實現的，同時，各個finger每隔10ms，輸出一個幀同步信號。這樣，根據鎖定指示信號，對已鎖定的finger，進行能量比較，選擇能量最大finger的幀同步脈沖，作為參考基準脈沖。該選擇10ms進行一次。如果沒有finger鎖定，則控制整個環路不作調整，維持一個穩定的chip時鐘信號輸出。最強徑選擇可以在一個固定的時隙處進行。選擇的方法是依次比較法。即當選擇指示信號到來后，將第一finger設為最強finger(無論其是否鎖定，如果未鎖定，將其能量設為0)，然后與第二finger能量進行比較，如果第二finger能量大于第一finger，則最強徑為第二finger，否則，最強徑保持第一finger不變。然后，留下來的最強finger與第三finger進行比較，比較原則不變。這樣依次進行，直到所有finger比較完畢。為了簡化比較控制過程，對于未鎖定的finger，其能量設置為0進行比較。然后，將選擇出信號能量最強的最強徑送至環路鑒相器。
圖中鑒相器的作用是判斷基準幀同步與環路輸出的本地導頻信道幀同步脈沖的位置關系即基準幀同步是超前還是滯后選擇出的參考導頻信道幀同步脈沖。如果基準幀同步超前導頻信道幀同步，則輸出加1控制脈沖到環路濾波器；反之，則輸出減1控制脈沖。比較相位超前還是滯后可以通過插入高速脈沖計數方法實現。即在本地導頻信道幀同步后一固定位置(固定時間偏移)產生一時間比較基準幀同步脈沖。基準幀同步啟動一計數器，而時間比較基準幀同步則停止該計數器。計數器停止處的計數值與固定時間偏移相減。如果結果為正，則基準幀同步超前本地導頻信道幀同步；反之，則基準幀同步滯后本地導頻信道幀同步。利用“超前”、“滯后”控制量，去控制環路濾波器的運轉。
環路濾波器是采用隨機徘徊序列濾波器來實現。按照WCDMA協議要求，提取的chip時鐘指標要求如下每次調整不能大于1/4chip，每200ms調整量不能大于1/4chip。因此，必須根據該指標設計環路濾波器參量。隨機徘徊濾波器輸出“加”、“減”控制脈沖去控制NCO。
本實施例中，環路NCO的驅動時鐘采用8倍chip時鐘信號實現，在WCDMA體制下，標準chip時鐘信號為3.84MHz，因此驅動時鐘為30.72MHz。整個NCO的核心是一個8分頻計數器。計數范圍從0～7。當隨機徘徊濾波器輸出“加”脈沖控制信號時，8分頻期計數值保持不變，而有減脈沖信號到來后，計數值加一；然后根據計數值輸出高、低電平，即計數值為3時，輸出高電平，計數值為7時，輸出低電平，從而得到3.84MHz的CHIP時鐘同步信號。
NCO輸出的chip時鐘同步信號到達CPICH(Common Pilot Channel，公共導頻信道)信道定時信息發生模塊，圖中的CPICH信道定時信息發生，也是利用分頻計數原理，來產生本地的CPICH信道幀定時脈沖，從而與選擇出來的最強徑幀同步脈沖進行鑒相。具體地，本地幀同步信號發生是根據提取的chip時鐘信號，通過一個二級計數器實現。按照WCDMA體制要求，設計第一級計數范圍從0～511，當第一級計數值為511時，第二級計數器加1；第二級計數范圍從0～74，當第二級計數等于74時，產生本地幀同步信號。
這樣，就構成了一個應用于WCDMA環境下完整的鎖相時鐘提取環路。而最終提取的chip時鐘信號，通過環路中的NCO輸出，這種通過鎖相方法輸出的穩定的chip時鐘信號，用作上行鏈路擴頻調制的驅動時鐘。
當WCDMA移動臺在實際工作環境中應用時，利用上述方法構成的chip時鐘信號提取電路，能夠可靠的進行工作，并穩定的輸出chip時鐘同步信號，時鐘信號的相對變化率和絕對變化率完全符合3GPP協議規定要求。
以上詳細描述了本發明的具體實施例，但對于本領域的普通技術人員來說，可以在此基礎上作出很多不超出本發明的思想以及原理范圍的變化，因此本發明并不局限于各個實施例，還應包括這類變化。
權利要求
1.一種提取碼片時鐘同步信號的方法，其特征在于包括以下步驟幀脈沖選擇模塊根據預先設定的選擇條件，在多個導頻信道幀定時脈沖信號中選擇一個幀定時脈沖信號，作為參考基準脈沖信號；鑒相器對該基準脈沖信號與本地幀定時脈沖信號鑒相，產生相位誤差控制量；環路濾波器響應所述誤差控制量，產生脈沖控制信號；數字控制振蕩器(NCO)根據所述脈沖控制信號對外界輸入的驅動時鐘信號分頻，產生碼片時鐘同步信號；計數分頻器對所述碼片時鐘同步信號進行計數分頻，產生本地幀同步脈沖信號，并輸入所述的鑒相器中，與所述基準脈沖信號鑒相。
2.如權利要求1所述的提取碼片時鐘同步信號的方法，其特征在于，對所述參考基準脈沖信號根據最強徑原則進行選擇。
3.如權利要求1所述的提取碼片時鐘同步信號的方法，其特征在于，對所述參考基準脈沖信號根據最早徑原則進行選擇。
4.如權利要求1所述的提取碼片時鐘同步信號的方法，其特征在于所述的環路濾波器是一個隨機選擇徘徊濾波器。
全文摘要
本發明涉及一種在移動通信環境中提取碼片時鐘同步信號的方法。幀脈沖選擇模塊根據預先設定的選擇條件，在多個導頻信道幀定時脈沖信號中選擇一個幀定時脈沖信號作為參考基準脈沖信號；鑒相器對該基準脈沖信號與本地幀定時脈沖信號鑒相，產生相位誤差控制量；環路濾波器響應所述誤差控制量，產生脈沖控制信號；NCO根據所述脈沖控制信號對外界輸入的驅動時鐘信號分頻，產生碼片時鐘同步信號；計數分頻器對所述碼片時鐘同步信號進行計數分頻，產生本地幀同步脈沖信號，并輸入所述的鑒相器中，與所述基準脈沖信號鑒相。本發明避免了在移動通信環境中，由于所接收信號的徑的不停變化，導致提取的chip時鐘信號不穩定(消失或抖動過大)的問題。
文檔編號H04W56/00GK1494246SQ0214747
公開日2004年5月5日 申請日期2002年11月1日 優先權日2002年11月1日
發明者羅耀平 申請人:華為技術有限公司