專利名稱：隨機(jī)接入信道前同步信號的檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及二進(jìn)制調(diào)制信號的傳輸系統(tǒng)和方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種CDMA傳輸系統(tǒng)，用于在傳輸距離可變的移動通信環(huán)境中發(fā)送一個調(diào)制信號。
背景技術(shù)：
通信系統(tǒng)具有一個基本功能即將信息從信息源發(fā)送到目的地。由信息源生成的信息一般是隨時間變化的電信號。
在一種通常稱作信道的適當(dāng)介質(zhì)上，信息信號被從信息源發(fā)送到目的地。改變信息信號以匹配信道特性的一種方法稱為調(diào)制?；謴?fù)承載信息的信號稱作解調(diào)。解調(diào)處理使用與調(diào)制處理相反的邏輯來轉(zhuǎn)變被發(fā)送的信號。假如傳輸信道是一種理想介質(zhì)，目的地上的信號將與信息源上的信號相同。然而，事實(shí)是在傳輸處理的過程中，信號經(jīng)歷了會引入失真的許多變換。目的地上的接收機(jī)必需通過消除其它所有的影響來恢復(fù)原始信息。
當(dāng)前，大多數(shù)的通信依靠將一個模擬信息源轉(zhuǎn)換到用于傳輸?shù)臄?shù)字域，并最終根據(jù)承載信息的類型將其重新轉(zhuǎn)換成模擬形式。最簡單的數(shù)字表示方法是用1或0的二進(jìn)制值表示任一比特時間上的信息。為了擴(kuò)展信息值可以表示的范圍，使用碼元來表示兩個以上的可能值。三進(jìn)制和四進(jìn)制碼元分別采用三個和四個值。這種變化的值用正的和負(fù)的整數(shù)來表示，并且通常是對稱的。碼元的概念允許更深程度的信息，因?yàn)槊總€碼元的比特內(nèi)容規(guī)定唯一的脈沖波形。根據(jù)一個碼元的電平數(shù)，存在相同數(shù)目的唯一脈沖或波形。信息源上的信息被轉(zhuǎn)換成調(diào)制碼元，并通過信道傳輸以在目的地上解調(diào)。
通信系統(tǒng)的常規(guī)處理以一種可計算和可控制的方式來處理信息。然而，在從信息源向目的地的傳輸過程中，無法計算的分量是噪聲。在數(shù)字傳輸中噪聲的添加擾亂了信號，并增加了誤碼概率。其它的顯著信號惡化是由于自然地形和人造建筑和影響信號定時的信號傳輸距離導(dǎo)致的多徑失真。通信系統(tǒng)需要定義信息信號遇到的可預(yù)測的變換，并且在信息的接收過程中，接收機(jī)必須包括分析已出現(xiàn)的可預(yù)測變換的裝置。
一種簡單的二進(jìn)制傳輸系統(tǒng)可以使用正脈沖表示邏輯1和負(fù)脈沖表示邏輯0，它們具有信息源所發(fā)送的矩形脈沖波形。在目的地上接收的脈沖波形經(jīng)歷了上述包括噪聲和其它失真的變換。
為了使誤碼概率最小，在接收機(jī)上所使用的濾波器的響應(yīng)與發(fā)射機(jī)脈沖波形相匹配。一種稱作匹配濾波器的最佳接收機(jī)可以很容易地確定所發(fā)射的脈沖波形是邏輯1還是邏輯0，并被廣泛地應(yīng)用于數(shù)字通信。每個匹配濾波器與發(fā)射機(jī)所生成的對應(yīng)于一個碼元的一個特定脈沖波形相匹配。匹配濾波器以碼元速率被抽樣以生成一個使輸入脈沖波形與濾波器響應(yīng)相關(guān)的輸出。如果輸入與濾波器響應(yīng)相同，輸出將生成一個表示信號脈沖總能量的大值。輸出通常是相對于輸入的一個復(fù)數(shù)。匹配濾波器的最佳性能取決于要求精確相位同步的所接收信號脈沖的精確復(fù)制。通過使用鎖相環(huán)(PLL)可以輕易地保持相位同步。然而，相位同步對于匹配濾波器來說是一個問題。如果脈沖沒有與一個碼元時間對齊，將出現(xiàn)碼元間干擾(ISI)。
現(xiàn)有技術(shù)的通信系統(tǒng)的一個例子在圖1中圖示。該系統(tǒng)使用稱作碼分多路復(fù)用或通稱作碼分多址或CDMA的技術(shù)。
CDMA是這樣的一種通信技術(shù)，通過用一個偽隨機(jī)噪聲信號調(diào)制將要發(fā)射的數(shù)據(jù)來在展寬的頻帶內(nèi)發(fā)射數(shù)據(jù)(擴(kuò)頻)。將要發(fā)射的數(shù)據(jù)信號可能具有僅幾千赫茲的頻帶，分布在可能是幾百萬赫茲頻帶范圍上。通信信道可以同時由m個獨(dú)立的子信道使用。對于每個子信道，所有其它的子信道作為噪聲出現(xiàn)。
如圖所示，給定帶寬的單個子信道與一個唯一的擴(kuò)頻碼相混合，所述擴(kuò)頻碼重復(fù)由寬帶偽隨機(jī)噪聲(PN)序列生成器所生成的預(yù)定碼型。這些唯一的用戶擴(kuò)頻碼通常相互正交以使擴(kuò)頻碼之間的互相關(guān)近似為零。使用PN序列調(diào)制數(shù)據(jù)信號以生成一個數(shù)字?jǐn)U頻信號。然后，用數(shù)字?jǐn)U頻信號調(diào)制載波信號以建立一條前向鏈路并發(fā)送。接收機(jī)解調(diào)該傳輸并提取數(shù)字?jǐn)U頻信號。在與所匹配的PN序列相關(guān)之后再現(xiàn)被發(fā)射的數(shù)據(jù)。當(dāng)擴(kuò)頻碼相互正交時，所接收的信號可以與涉及特定擴(kuò)頻碼的特定用戶信號相關(guān)，以便僅涉及特定擴(kuò)頻碼的所需用戶信號被增強(qiáng)，而其它所有用戶的其它信號不被增強(qiáng)。重復(fù)相同處理以建立一條反向鏈路。
如果將諸如相移鍵控(PSK)的相干調(diào)制技術(shù)用于多個用戶單元，不管是固定的還是移動的，由基站連續(xù)地發(fā)射一個全球?qū)ьl用于與用戶單元同步。用戶單元時刻與基站同步并使用導(dǎo)頻信號信息來估計信道的相位和幅度參數(shù)。
對于反向鏈路，公共導(dǎo)頻信號是不可行的。為了由基站初始捕獲以建立一條反向鏈路，用戶單元在一條預(yù)定的隨機(jī)接入信道(RACH)上發(fā)送一個隨機(jī)接入分組。隨機(jī)接入分組具有兩個功能。第一個功能是當(dāng)用戶單元在發(fā)送并且基站必須快速接收該發(fā)送并確定所接收的內(nèi)容時進(jìn)行初始捕獲。RACH啟動到基站的反向鏈路。隨機(jī)接入分組的第二種用處是用于傳輸較低數(shù)據(jù)速率的信息而不是耗費(fèi)專用的連續(xù)話音通信信道。諸如信用卡信息的少量數(shù)據(jù)被包括在隨機(jī)接入分組的數(shù)據(jù)而不是呼叫發(fā)出數(shù)據(jù)部分中。當(dāng)被發(fā)送到基站時，信息可以被轉(zhuǎn)發(fā)給另一個通信用戶。通過使用隨機(jī)分組數(shù)據(jù)部分傳輸?shù)刂泛蛿?shù)據(jù)，不會使可用的空間資源負(fù)擔(dān)過重，并可以將其有效地用于較高數(shù)據(jù)速率的通信。
隨機(jī)接入分組包括一個前同步信號部分和一個數(shù)據(jù)部分。數(shù)據(jù)可以與前同步信號同時發(fā)送。在現(xiàn)有技術(shù)中，隨機(jī)接入信道通常對前同步信號和數(shù)據(jù)使用正交相移鍵控(QPSK)。
基站在所接收的前同步信號中檢查唯一的擴(kuò)頻碼。RACH前同步信號的每個碼元被用一個PN序列擴(kuò)頻?；臼褂闷ヅ錇V波器連續(xù)地搜索那些相關(guān)的編碼。數(shù)據(jù)部分中包含用于所需服務(wù)的指令?；窘庹{(diào)數(shù)據(jù)部分以確定所請求服務(wù)的類型，例如話音呼叫、傳真等。然后，基站為用戶單元分配一個用于反向鏈路的特定通信信道，并識別用于該信道的擴(kuò)頻碼。一旦分配了通信信道，RACH被釋放以由其它的用戶單元使用。通過消除同時啟動呼叫的用戶單元之間的可能沖突，其它的RACH提供更快的基站捕獲。
在反向鏈路中沒有用于提供脈沖同步的用戶單元導(dǎo)頻信號，如果使用諸如PSK的相干編碼技術(shù)并與傳輸距離的不確定性相混合，從移動用戶單元捕獲RACH將是困難的。由于移動用戶單元與基站同步，RACH前同步信號以一種預(yù)定的速率被發(fā)送。
現(xiàn)有技術(shù)的前同步信號特征標(biāo)記的一個例子由16個碼元定義。16個相干RACH前同步信號特征標(biāo)記的表格在圖2中圖示。因?yàn)槊總€碼元是一個復(fù)數(shù)量，并具有包括擴(kuò)頻PN序列的256個碼片的脈沖波形，每個特征標(biāo)記包括4096個碼片。完整的RACH前同步信號特征標(biāo)記以4096碼片/毫秒或者0.244碼片/微秒的碼片速率被發(fā)送。
每個用戶單元從全局導(dǎo)頻信號中接收幀邊界信息。根據(jù)基站與用戶單元的距離，幀邊界信息經(jīng)受前向鏈路傳輸延遲。在反向方向中傳輸?shù)腞ACH前同步信號經(jīng)受相同的傳輸延遲。由于傳播延遲，可預(yù)測的RACH前同步信號到達(dá)基站的時間是Δt=2(distance)C,]]>其中C＝3.0×108m/s 等式1由于固有延遲，用戶單元的距離不確定性隨距離而變化。在100米處，影響可以被忽略。在30公里處，延遲可以接近4個碼元的傳輸時間。表1表示回程傳播延遲的影響。
表一距離不確定性的影響第一欄是移動用戶單元和給定基站之間的距離，單位為公里。第二欄是從基站到用戶單元并返回的射頻信號的回程傳播延遲，單位為毫秒。第三欄表示在基站上匹配濾波器的碼片定時位置，以所發(fā)射幀邊界的開始時間為參考時間0。該值表示參考幀邊界的開始何時從用戶單元接收到第一碼片。第四欄表示在組裝256個接收碼片之后出現(xiàn)的匹配濾波器第一個輸出的預(yù)期位置；(以幀邊界的開始為參考)。根據(jù)用戶單元的距離，一個碼元可以在前四個碼元間隔中的任意一個期間被輸出。
因?yàn)榛静慌c用戶單元同步，并且不具有載波基準(zhǔn)，基站并不知道在所接收的碼片序列中RACH前同步信號碼元在何處開始。匹配濾波器必須相關(guān)對應(yīng)于一個有效碼元脈沖波形的總共256個碼片。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的，當(dāng)碼片被接收時，匹配濾波器組裝256個碼片以生成表示脈沖波形的第一輸出。為隨后接收的每個碼片生成匹配濾波器的連續(xù)輸出。
移動用戶單元首先發(fā)送前同步信號部分以接入來自基站的RACH。從16個特征標(biāo)記中隨機(jī)地選擇一個并從5個時間偏移中隨機(jī)地選擇一個以解決在傳輸過程中的距離不確定性。移動用戶單元不斷地從基站接收幀邊界廣播。為了請求一個RACH，移動用戶單元以如圖3所示相對于所接收的幀邊界n×2毫秒的時間偏移(其中n＝0，1，…，4)發(fā)送一個隨機(jī)突發(fā)脈沖。在每次隨機(jī)接入的嘗試中隨機(jī)地選擇時間偏移(n的值)。
在基站上接收的四個前同步信號特征標(biāo)記a、b、c和d在圖4a-d中表示。由于回程延遲，每個特征標(biāo)記晚了一個碼元間隔(0.0625毫秒)到達(dá)，每個特征標(biāo)記表示基站和移動用戶單元之間的一個不同距離。僅16個連續(xù)碼元具有信號分量，其它的匹配濾波器輸出表示噪聲。已經(jīng)知道距離的不確定性將破壞特征標(biāo)記之間的正交性和降低性能。存在基站接收機(jī)將匹配濾波器的19種可能輸出的任何組合誤認(rèn)為錯誤特征標(biāo)記的可能性。
因此，需要一種精確的不受通信距離和多普勒效應(yīng)影響的CDMA傳輸和檢測方案。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種檢測器，使用匹配濾波器的能量輸出結(jié)合常規(guī)的相關(guān)檢測來檢測所發(fā)送的數(shù)字特征標(biāo)記。針對可變的傳輸距離根據(jù)預(yù)期的特征標(biāo)記碼型將能量制成表格。該表格考慮了預(yù)期的回程傳輸延遲，并允許累加碼元的處理以得到一個正確的特征標(biāo)記，不管使用相干或非相干特征標(biāo)記編碼和是否存在多個多普勒信道。本發(fā)明的其它實(shí)施例包括用于差分編碼RACH前同步信號特征標(biāo)記的新方案。
在閱讀了優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明之后，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，這種系統(tǒng)和方法的目的和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的CDMA通信系統(tǒng)的簡化方框圖。
圖2是十六個相干RACH特征標(biāo)記的表格。
圖3是表示用于并行RACH嘗試的傳輸定時的定時圖。
圖4A是表示在第一碼元間隔周期中接收的16個碼元RACH前同步信號特征標(biāo)記的定時圖。
圖4B是表示在第二碼元間隔周期中接收的16個碼元RACH前同步信號特征標(biāo)記的定時圖。
圖4C是表示在第三碼元間隔周期中接收的16個碼元RACH前同步信號特征標(biāo)記的定時圖。
圖4D是表示在第四碼元間隔周期中接收的16個碼元RACH前同步信號特征標(biāo)記的定時圖。
圖5是CDMA通信系統(tǒng)的詳細(xì)方框圖。
圖6A是隨機(jī)接入信道前同步信號檢測器的現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)圖。
圖6B是根據(jù)本發(fā)明制造的隨機(jī)接入信道前同步信號檢測器。
圖7A圖示了碼元存儲器矩陣。
圖7B是用于試用檢測前同步信號特征標(biāo)記的程序的流程圖。
圖7C是用于解決距離不確定性的程序的流程圖。
圖8是表示解決距離不確定性的所接收的前同步信號特征標(biāo)記碼元的四種可能組合的表格。
圖9是表示正交性和距離不確定性之間關(guān)系的表格。
圖10是十六種非相干RACH特征標(biāo)記的表格。
圖11是非相干RACH前同步信號檢測器的系統(tǒng)圖。
圖12A是為多條多普勒信道改進(jìn)的相干RACH前同步信號檢測器的系統(tǒng)圖。
圖12B是前同步信號相關(guān)器的詳細(xì)圖。
圖13是本發(fā)明的另一種實(shí)施例。
圖14是用于本發(fā)明另一種實(shí)施例的編碼規(guī)則。
圖15是一個未編碼序列和它的到差分編碼序列的轉(zhuǎn)換。
圖16是圖15的序列的被傳輸特征標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖描述優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中相同的參考號表示相同的單元。
如圖5所示的CDMA通信系統(tǒng)25包括發(fā)射機(jī)27和接收機(jī)29，該系統(tǒng)可以被安裝在基站或移動用戶單元中。發(fā)射機(jī)27包括信號處理器31，它以各種速率將話音和非話音信號33編碼成數(shù)據(jù)，例如特定應(yīng)用所需要的8kbps、16kbps、32kbps、64kbps或其它的速率。信號處理器31根據(jù)信號類型、服務(wù)或者響應(yīng)于一個設(shè)定的數(shù)據(jù)速率來選擇一種速率。
作為背景技術(shù)，在多址環(huán)境中生成發(fā)射信號時涉及兩個步驟。首先，使用前向糾錯(FEC)編碼器35對可以被視為雙相調(diào)制信號的輸入數(shù)據(jù)33編碼。例如，如果使用R＝1/2的卷積碼，單個雙相調(diào)制數(shù)據(jù)信號變成二變量的或者兩個雙相調(diào)制信號。一個信號稱為同相信道I41a。另一個信號稱為正交信道Q 41b。復(fù)數(shù)的形式為a+bj，其中a和b是實(shí)數(shù)并且j2＝-1。雙相調(diào)制I和Q信號通常被稱為QPSK。
在第二步中，使用復(fù)數(shù)偽隨機(jī)噪聲(PN)序列43a、43b擴(kuò)頻兩個雙相調(diào)制數(shù)據(jù)或碼元41a、41b。QPSK碼元流41a、41b被乘以唯一的復(fù)數(shù)PN序列43a、43b。I和Q PN序列43a、43b都包括以較高的速率生成的一個比特流，該比特流速率通常是碼元速率的100至200倍。復(fù)數(shù)PN序列43a、43b在混頻器42a、42b中與復(fù)數(shù)碼元比特流41a、41b混頻以生成數(shù)字?jǐn)U頻信號45a、45b。擴(kuò)頻信號45a、45b的分量被稱作碼片，它具有非常小的時間間隔。所得I45a和Q45b擴(kuò)頻信號被混頻器46a、46b上變頻到射頻，并在組合器53上與具有不同擴(kuò)頻碼的其它擴(kuò)頻信號(信道)組合，與載波信號51混頻以將信號上變頻到射頻，并由天線54作為發(fā)送廣播信號55予以發(fā)射。傳輸55可以包含具有不同數(shù)據(jù)速率的多個單獨(dú)信道。
接收機(jī)29包括解調(diào)器57a、57b，它們將在天線56上接收到的被發(fā)射的寬帶信號55的修正下變頻成中頻載波頻率59a、59b。在混頻器58a、58b上的第二次下變頻將信號變換到基帶。然后由濾波器61濾波QPSK信號，并在混頻器62a、62b上與本地生成的復(fù)數(shù)PN序列43a、43b混頻，所述復(fù)數(shù)PN序列與所發(fā)射的復(fù)數(shù)碼的共軛相匹配。將僅有效地解擴(kuò)在發(fā)射機(jī)27上用相同編碼擴(kuò)頻的原始波形。所有其它的接收信號對于接收機(jī)29將作為噪聲出現(xiàn)。然后，數(shù)據(jù)65a、65b被發(fā)送給信號處理器67，對卷積編碼數(shù)據(jù)執(zhí)行FEC解碼。
在接收和解調(diào)信號之后，基帶信號處于碼片級。使用在擴(kuò)頻過程中所用PN序列的共軛同時解擴(kuò)信號的I分量和Q分量，將信號恢復(fù)到碼元級。
為了建立從移動用戶單元到基站的反向鏈路，移動用戶單元發(fā)送由RACH傳送的隨機(jī)接入分組。RACH的傳輸類似于上面已經(jīng)描述的，但是RACH并不進(jìn)行FEC。也可以在通信系統(tǒng)25中使用多個RACH。
表示16種可能的相干PSK編碼RACH 71前同步信號特征標(biāo)記73的表格在圖2中被圖示。每個特征標(biāo)記包括16個碼元。每個碼元A是復(fù)數(shù)A＝1+j。編碼方法和復(fù)數(shù)的討論不在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，并且對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是公知的。
現(xiàn)有技術(shù)的相干RACH 71檢測器75在圖6A中被圖示。在接收機(jī)29解調(diào)RACH 71載波之后，解調(diào)信號77被輸入給匹配濾波器79，用于解擴(kuò)RACH前同步信號73。匹配濾波器79的輸出被連接到前同步信號相干器81，用于相關(guān)RACH前同步信號73與表示前同步信號編碼83的一個已知前同步信號PN序列。前同步信號相關(guān)器81的輸出將具有峰值85，該峰值對應(yīng)于使用特定前同步信號編碼83的任一所接收的隨機(jī)接入突發(fā)脈沖串的定時87。然后，可以在常規(guī)的瑞克組合器89中將所估計的定時87用于RACH 71突發(fā)脈沖串的數(shù)據(jù)部分的接收。盡管這個檢測器75在理想情況下可以使用圖2所示的相干PSK編碼前同步信號特征標(biāo)記73正常地工作，它的工作可能受到距離不確定性和所存在的多普勒效應(yīng)的不利影響。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，可以使用非相干檢測。在這個實(shí)施例中，圖2所示的相干RACH前同步信號特征標(biāo)記73被差分編碼(即差分相移鍵控(DPSK)處理)。因此，相干前同步信號特征標(biāo)記73在傳輸之前首先被轉(zhuǎn)換成非相干的DPSK編碼信號，然后在接收之后被差分解碼。
依照下述步驟執(zhí)行將相干碼元轉(zhuǎn)換成非相干碼元的方法，(其中i＝行和j＝列)。首先如果Sold(i，1)＝-A；將對應(yīng)于i的所有的j乘以-1。等式2例如，對于圖2所示的特征標(biāo)記4(i＝4)
4乘以-1
4在第一步之后，舊的前同步信號特征標(biāo)記將包括原始的未變化的特征標(biāo)記(1，3，5，8，9，11，12和13)和乘以-1的特征標(biāo)記(2，4，6，7，10，14，15和16)。
傳輸處理的第二步轉(zhuǎn)換前同步信號特征標(biāo)記73的每個連續(xù)碼元Snew(i，j)＝A 如果Sold(i，j)＝Snew(i，j-1)等式3Snew(i，j)＝-A如果Sold(i，j)≠Snew(i，j-1)等式4繼續(xù)該例子，對于特征標(biāo)記4(i＝4)Sold(4，2)≠Snew(4，2-1)-A≠A因此Snew(4，2)＝-A為一個給定前同步信號特征標(biāo)記73的每個連續(xù)碼元執(zhí)行其余的DPSK編碼。該處理將所有的16個前同步信號特征標(biāo)記73轉(zhuǎn)換成圖10所示的差分前同步信號特征標(biāo)記97。根據(jù)基站接收機(jī)的復(fù)雜度，DPSK轉(zhuǎn)換可以被計算并作為移動用戶單元的一部分裝載到固件中，或者可以在始發(fā)一個呼叫時進(jìn)行計算。對于DPSK前同步信號特征標(biāo)記，可以執(zhí)行與上述相干處理相同的處理，但是必須在與前同步信號特征標(biāo)記相關(guān)之前通過差分解碼恢復(fù)所接收的信號。
根據(jù)本發(fā)明95制造的RACH檢測器101在圖6B中被圖示。如前面針對現(xiàn)有技術(shù)的接收機(jī)75所述的，所接收的RACH 77被解調(diào)并被連接到匹配濾波器79的輸入。匹配濾波器79的輸出被連接到瑞克89、時間延遲103和第一混頻器105。每個接收信號97被延遲一個碼元的長度(256個碼片)。時間延遲103的輸出被連接到共軛處理器107，它將所接收的碼元轉(zhuǎn)換成的它的復(fù)共軛。復(fù)共軛處理器107的輸出被連接到第一混頻器105，在此復(fù)數(shù)的實(shí)部被選擇106并乘以特征標(biāo)記碼元并輸出給前同步信號相關(guān)器81。前同步信號相關(guān)器81相關(guān)一個可能的特征標(biāo)記與一個輸出序列。將這個總和與峰值檢測器85的閾值比較，并且如果在十六個碼元結(jié)束時它超過該閾值，則確定已經(jīng)檢測到一個特征標(biāo)記。因?yàn)橛惺斡嬎?，每個特征標(biāo)記一次計算，對于一個給定的抽樣時間可能存在多個超過其閾值的累加值。在這種情況下，將具有最大值的累加值視為正確的。然后，可以在用于接收RACH 71突發(fā)脈沖串的數(shù)據(jù)部分的常規(guī)瑞克組合器89中使用估計的定時87。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，計算RACH檢測器匹配濾波器79的每個輸出的能量。盡管通常以碼片速率抽樣匹配濾波器79，它可以在兩倍或四倍的碼片速率(甚至更高)上被過抽樣。在這個實(shí)施例中，碼片速率是4.096百萬碼片/秒，或者一個碼片/0.244微秒。
圖7A中表示在RAM 100中所存儲的一個存儲器矩陣101，在此存儲為匹配濾波器79輸出的每個碼元計算的能量值。矩陣101被安排存儲與在100米到30公里范圍內(nèi)變化的基站到用戶單元的傳輸距離相對應(yīng)的所有可能的延遲碼元值。矩陣101包括256行(0-255)102和19列(0-18)104，表示在RACH前同步信號特征標(biāo)記期間被傳輸?shù)拇a片總數(shù)。如果用戶單元位于基站附近，傳播延遲將可以忽略，在接收256個碼片之后或者在P(255，0)上將輸出第一個碼元。如果用戶單元在30公里處，在接收819個碼片之后或者大約在P(54，4)上將輸出第一個碼元。不考慮傳輸距離，每256個碼片之后將生成另一個碼元，以此類推，從而完成一整行。因?yàn)?6個碼元定義一個前同步信號特征標(biāo)記，矩陣101允許三個附加的碼元輸出以預(yù)先考慮距離的不確定性，(如圖4所示，在下文將更加詳細(xì)地解釋)。一旦矩陣101被填滿，它包括移動用戶單元在30公里范圍之內(nèi)感興趣的所有抽樣。
匹配濾波器79的每個輸出97是一個復(fù)數(shù)z(ik)＝x(ik)+jy(i，k)；其中i＝0至255和k＝0至18 等式5作為每個輸出的實(shí)部和虛部的平方和的瞬時能量值被計算為P(i，k)＝z(i，k)z(i，k)*＝x2+y2等式6
并被存儲在矩陣101中。
因?yàn)榍巴叫盘柼卣鳂?biāo)記由一組16個碼元構(gòu)成，每個碼元具有預(yù)先指定的碼片碼型，預(yù)計匹配濾波器輸出將產(chǎn)生16次大于平均值的輸出，每個較大值將距離前一個較大值256個碼片。組合輸出是256個碼片的匹配濾波器輸出速率之和。必需克服的一個問題是第一匹配濾波器的輸出并不自動地在前256個碼片中出現(xiàn)。根據(jù)移動用戶單元和基站之間的距離，它可能出現(xiàn)的較晚，如表1所示。
當(dāng)前同步信號特征標(biāo)記出現(xiàn)時，其相應(yīng)的匹配濾波器的輸出將填充256行中的一行102的19個單元中的16個單元。對于每行，在對該行求和的總能量值超過一個預(yù)定閾值時可以檢測一個完整的前同步信號特征標(biāo)記。
參考圖7B，圖示用于試用檢測前同步信號特征標(biāo)記的程序200。一旦矩陣101被填充(步驟201)，求和109并存儲每行的能量值(步驟202)。對于總和超過一預(yù)定閾值的行，將其視為“試用檢測”。比較第一行的總和和一個預(yù)定閾值(步驟204)以確定該總和是否超過閾值(步驟206)。如果是，將該行標(biāo)記為一個試用檢測(步驟208)。如果還沒有對每一行求和(步驟210)，提取下一行(步驟212)并重復(fù)該處理(步驟206-210)。一旦已經(jīng)對所有的行求和，就解決每個試用檢測的距離不確定性(步驟214)，(在下文將對其進(jìn)行更加詳細(xì)的描述)，并將候選者輸出。
如上面所指出的，由于移動用戶單元的位置引入了距離的不確定性，導(dǎo)致前同步信號特征標(biāo)記可能不會出現(xiàn)直到多達(dá)四個碼元。必需解決這種距離的不確定性。因此，對于被標(biāo)記為一個試用檢測的每一行，必需確定生成最大和的那一行中16個相鄰位置的能量值。由于距離不確定性，根據(jù)前同步信號特征標(biāo)記的接收版本獲得四種可能的情況1、2、3和4。這四種情況在圖8中被圖示。在這個例子中，特征標(biāo)記1被傳輸并用形成存儲器矩陣101一行的十九個所接收碼元組裝。對于每種情況，十九個碼元中的十六個連續(xù)碼元與十六種可能的前同步信號特征標(biāo)記的每一個相關(guān)將產(chǎn)生64種假設(shè)。64種假設(shè)中的一種假設(shè)將產(chǎn)生具有最大接收能量的一個特征標(biāo)記。64種假設(shè)中的最大的假設(shè)將出現(xiàn)在情況1中，因?yàn)榍闆r1具有所有的連續(xù)碼元而不包括噪聲。情況2、3和4包括從噪聲分量中獲得的碼元，并且將不與十六個前同步信號特征標(biāo)記中的一個相關(guān)。
參見圖7C，圖示根據(jù)本發(fā)明用于解決距離不確定性的程序300。如參考圖8描述的，每一行總共包括19個位置。重新參見圖7C，分析被視為試用檢測的一行中前16個連續(xù)位置的能量值(步驟301)。計算16個位置的能量和(步驟302)，然后存儲(步驟304)。如果還沒有計算該行中所有位置之和(步驟306)，則查看隨后的16個連續(xù)位置，對應(yīng)于單元2-17(步驟308)。然后遞增計數(shù)器(步驟310)，并重復(fù)該程序(步驟302-306)。一旦已經(jīng)計算所有位置之和，比較所有的和以確定該行中16個連續(xù)位置是否具有最大和(步驟312)。然后，系統(tǒng)輸出與具有最大和的16個連續(xù)位置的開始位置相對應(yīng)的列(k)的值(步驟314)。這是一個被選擇的候選值。為每個試用檢測重復(fù)這個程序。
參考圖7C描述的處理可以用偽代碼總結(jié)如下<pre listing-type="program-listing">row i(i＝0 to 255) sum(k)＝0；k＝0，1，2，3 for k＝0 to 3，do sum(k)＝sum(k)+P(i，n+k-1) next k then； Select k for max sum(k) maxk＝0 max＝sum(0) for k＝1 to 3<!-- SIPO <DP n="14"> --><dp n="d14"/> if sum(k)＞max then max＝sum(k) maxk＝k next k.</pre>比較所選擇的候選者與用于相干或非相干PSK編碼的常規(guī)相關(guān)檢測處理的輸出。常規(guī)相關(guān)檢測處理的討論不在本申請的范圍之內(nèi)，并且對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說也是公知的。
參見圖9，圖示正交性和距離不確定性之間關(guān)系的表格。
第一欄是接收信號與其相關(guān)的特征標(biāo)記。第二欄至第五欄是情況1-4的相關(guān)值。相關(guān)值越大，與接收信號的接收匹配越好。零相關(guān)值表示所接收的碼元與相應(yīng)的特征標(biāo)記碼元正交。如可以明顯地看出的，在情況2、3和4的各種特征標(biāo)記之間并不存在正交性。
圖9所示的相關(guān)值可以被計算為1001024|s→(1)·s→(k)H|2=1001024|Σi=015Pi(1)·Pi+1*(k)|2,k=1,2,.....16;]]>等式7其中對于特征標(biāo)記1k＝1，對于特征標(biāo)記2k＝2，……，對于特征標(biāo)記16k＝16，并且對于情況1，1＝0；情況2，1＝1；情況3，1＝2；情況4，1＝3。值1024由下式得出1024=|s→(k)·s→(l)H|2,]]>其中 等式8并且，其中
等式9=16×A·A*]]>=16×(Hj)(1-j)]]>=16×2]]>=32]]>和A＝1+jA*＝A(1-j)的共軛因此322＝1024根據(jù)本發(fā)明這個實(shí)施例制成的RACH檢測器95在圖11中被圖示。如在描述圖6所示的現(xiàn)有技術(shù)接收機(jī)時所述的，接收的RACH 77被解調(diào)并被連接到匹配濾波器79的輸入。匹配濾波器79的輸出被連接到瑞克(RAKE)89、時間延遲單元103、第一混頻器105和第一處理器99。每個所接收的前同步信號特征標(biāo)記97在延遲單元103中被延遲一個碼元長度Ts，即256個碼片。時間延遲單元103的輸出被連接到共軛處理器107，它將所接收的碼元轉(zhuǎn)換成其復(fù)數(shù)共軛。復(fù)數(shù)共軛處理器107的輸出被連接到第一混頻器105，在此復(fù)數(shù)的實(shí)部被乘以前同步信號特征標(biāo)記碼元并輸出給前同步信號相關(guān)器81。前同步信號相關(guān)器81將一個可能的特征標(biāo)記與基于碼元序列的一個輸出序列相關(guān)。比較此和與一個閾值，并且如果它在第十六個碼元結(jié)束之前超過該閾值，則檢測到一個特征標(biāo)記。因?yàn)橛?6次計算，每個特征標(biāo)記一次計算，在一個給定抽樣時間內(nèi)可能有多個累加值超過閾值。在此情況下，選擇數(shù)值最大的累加值作為正確的。
在上述特征標(biāo)記相關(guān)的同時，匹配濾波器79的輸出97被輸入給第一處理器99，它為每個碼元輸出計算能量值。將所計算的每個能量值存儲在存儲器矩陣101中。如上所述，在已經(jīng)為一行19個碼元計算能量值之后，第二處理器109計算該給定行的總和能量值，并將其存儲在第二存儲器111中。應(yīng)當(dāng)注意到存儲器矩陣101和第二存儲器11 1實(shí)際上可以包括單個RAM存儲器，而不是如圖所示的兩個分離的部件。超過預(yù)定閾值的能量是一個試用檢測。在256個包括19個碼元的可能特征標(biāo)記的累加值已經(jīng)被累積在第二存儲器111中之后，第三處理器113一對一比較256個能量值和常規(guī)特征標(biāo)記檢測，從而交叉驗(yàn)證每個處理的結(jié)果以得出正確的接收特征標(biāo)記序列。
為了解決多個多普勒信道，解決該信道的一種可選實(shí)施例類似于上述四種情況的方法。為了解決多普勒信道，引入相位旋轉(zhuǎn)。相位旋轉(zhuǎn)校正和補(bǔ)償由于多普勒擴(kuò)展導(dǎo)致的相位變化。為了相干檢測m個多普勒信道，創(chuàng)建m×4×16個假設(shè)。選擇m×4×16個假設(shè)中最大的一個并識別相應(yīng)的特征標(biāo)記。
如果所接收的序列是r(t)，每次收集19個抽樣r(nΔt)，1，2，3，…，19，考慮四種情況n＝1，2，3，…，16(情況1)，n＝2，3，4，…，17(情況2)，n＝3，4，5，…，18(情況3)，和n＝4，5，6，…，19(情況4)。為了解決多普勒效應(yīng)，將每種情況與具有對應(yīng)于m個多普勒信道的m個不同相位旋轉(zhuǎn)的16個特征標(biāo)記相關(guān)。帶有相位旋轉(zhuǎn)的相關(guān)輸出是yik=Σn=116|r(nΔt)×s→i×exp(-j·2πf0knΔt)|2]]>等式10其中i＝1，2，3，…，16；k＝1，2，3，…，m；2πf0k是第k個多普勒信道的相位旋轉(zhuǎn)；和si是可能的特征標(biāo)記，其中i＝1，2，3，…16。
五個多普勒信道的頻率旋轉(zhuǎn)的例子是(f01，f02，f03，，f04，，f05)＝(-200Hz，-100Hz，0，100Hz，200Hz)；間隔為100Hz。每種情況生成m×16種假設(shè)。四種情況產(chǎn)生m×16×4種假設(shè)。選擇與m×16×4種假設(shè)中值最大的相對應(yīng)的前同步信號特征標(biāo)記。
根據(jù)本發(fā)明這個實(shí)施例制成的針對多個多普勒信道使用相干檢測的接收機(jī)在圖12A-B中被圖示。在圖12A中，所接收的RACH 77被連接到匹配濾波器79以與一個擴(kuò)頻碼(256個碼片)相關(guān)。如上所述，每256個碼片從匹配濾波器輸出一個碼元，直到收集到十九個碼元輸出并存儲在存儲器矩陣101中。在十九個碼元輸出之中的連續(xù)十六個碼元輸出被組裝，并且形成了四種情況。
在前同步信號相關(guān)器119中將四種十六個連續(xù)抽樣情況中的每種情況與m個多普勒信道上的十六個前同步信號序列中的每個序列相關(guān)。然后將所生成的m×16×4種假設(shè)存儲在第二存儲器121中。選擇m×16×4種假設(shè)中具有最大能量的情況，并識別相應(yīng)的前同步信號特征標(biāo)記。圖12B表示用于一個給定前同步序列和一個給定多普勒信道的前同步信號相關(guān)器的詳細(xì)方框圖，(即具有頻率偏移f0k，k＝1，2，…，m)。
本發(fā)明的一種可選實(shí)施例以圖13所示的16×16特征標(biāo)記矩陣為基礎(chǔ)。在使用本發(fā)明的這個實(shí)施例時，通過差分編碼圖13中列出的特征標(biāo)記矩陣來創(chuàng)建一個新的特征標(biāo)記組。編碼規(guī)則如下。首先，將S(i，k)，M(i，k)和R(i，k)定義如下S(i，k)＝特征標(biāo)記i的第k個單元；M(i，k)＝所建議的新的發(fā)送特征標(biāo)記組的第k個單元；和R(i，k)＝將被存儲在接收機(jī)中的所建議的新復(fù)制組的第k個單元。
然后將單元映射如下
映射A→1和B→j＝sqrt(-1)，和設(shè)置M(i，0)＝A＝1和設(shè)置R(i，0)＝A＝1。對于k＝1至15，我們具有下述等式M(i，k)＝M(i，k-1)×S(i，k)等式11R(i，k)＝S*(i，k) 等式12*表示復(fù)共軛如果S(i，k)＝1，則R(i，k)＝1如果S(i，k)＝j(luò)，則R(i，k)＝-j在圖14中總結(jié)了這個規(guī)則，其中左邊一欄表示M(i，k-1)的四種可能值，最頂上的一行表示S(i，k)的四種可能值。圖15表示一個原始的未編碼序列及其到差分編碼序列的轉(zhuǎn)換。
在這個接收機(jī)中，這些碼元被差分解碼。任意地開始于D(0)＝1，以接收編碼碼元C(k)的形式給出解碼碼元D(k)，k＝0，……，15如下D(i，k)＝C(i，k)×C(i，k-1)*等式13然后執(zhí)行與前同步信號特征標(biāo)記的相關(guān)，由此Sum(i)＝0。對于i＝0至15Sum(i)＝Sum(i)+D(i，k)×R(i，k)等式14在圖16中圖示完整的新發(fā)送的特征標(biāo)記。這個相同的技術(shù)通過用B代替A和用A代替B可以被應(yīng)用于圖13所示的前同步信號特征標(biāo)記。
權(quán)利要求
1.一種在存在傳輸距離不確定性的CDMA空中接口上檢測一個編碼特征標(biāo)記的方法，包括步驟a)在基站上接收與用于一個預(yù)定特征標(biāo)記的碼元相對應(yīng)的一系列被發(fā)送的碼片；b)在基站上將所述碼片輸入給一匹配濾波器；c)為所述匹配濾波器的每個輸出計算能量；d)連續(xù)地將每個所述能量列表；e)算入所述匹配濾波器輸出的額外能量和從所述接收的碼片獲得的所述能量以考慮距離的不確定性；f)使所述被列表的額外能量和所述從碼片中獲得的能量中的預(yù)定數(shù)目的連續(xù)能量與一組預(yù)定義的特征標(biāo)記能量相關(guān)；和g)重復(fù)步驟(f)直到識別出被發(fā)送的特征標(biāo)記。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中編碼的特征標(biāo)記被相干編碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中編碼特征標(biāo)記被非相干編碼。
4.一種在存在傳輸距離不確定性的CDMA空中接口上檢測一個編碼特征標(biāo)記的方法，所述編碼特征標(biāo)記包括預(yù)定的多個碼元，該方法包括步驟a)接收與所述預(yù)定多個碼元相對應(yīng)的一系列被發(fā)送的碼片；b)將所述碼片輸入給一匹配濾波器；c)存儲所述匹配濾波器的多個輸出，所述多個輸出在數(shù)量上多于所述多個碼元；d)相關(guān)所述多個輸出和一組預(yù)定義的特征標(biāo)記；和e)重復(fù)步驟d)直到識別出被編碼的特征標(biāo)記。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中被編碼的特征標(biāo)記被相干編碼。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中被編碼特征標(biāo)記被非相干編碼。
7.一種解決所接收的編碼特征標(biāo)記中距離不確定性的方法，以便在CDMA空中接口中進(jìn)行檢測，包括步驟a)為信道的匹配濾波器輸出的每個碼元計算瞬時功率；b)將每個所計算的功率列表；d)算入額外碼元的功率以考慮距離不確定性；e)求所有計算出的功率之和；和f)比較求和的總功率和一個閾值。
8.一種解決所接收的編碼特征標(biāo)記中距離不確定性的系統(tǒng)，以便在CDMA空中接口中進(jìn)行檢測，該系統(tǒng)包括處理器，用于計算信道的匹配濾波器輸出的每個碼元的瞬時功率，算入額外碼元的功率以考慮距離的不確定性；存儲裝置，用于將一組預(yù)定義的所述被計算的功率列表；裝置，用于求所述預(yù)定義組中的計算功率之和，并比較求和的總功率和一個閾值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測器，使用匹配濾波器輸出的能量檢測一個被發(fā)送的數(shù)字特征標(biāo)記。根據(jù)用于可變傳輸距離的一個預(yù)計特征標(biāo)記碼型對能量進(jìn)行列表。該表格考慮了預(yù)期的回程傳輸延遲，并允許累加碼元的處理以獲得一個正確的特征標(biāo)記，而不管使用了相干還是非相干特征標(biāo)記編碼和是否出現(xiàn)了多個多普勒信道。
文檔編號H04B1/707GK1516349SQ03121629
公開日2004年7月28日 申請日期1999年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月14日
發(fā)明者斯蒂芬G·迪克, 查爾斯·丹尼恩, 埃爾戴德·蔡拉, 潘俊林, 辛承爀, 埃里拉·蔡拉, 丹尼恩, 蔡拉, 德 蔡拉, 斯蒂芬G 迪克 申請人:交互數(shù)字技術(shù)公司