專利名稱：在無線通信系統(tǒng)中快速初始信號檢測的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及無線通信系統(tǒng)，尤其涉及在無線通信系統(tǒng)的接收機(jī)中初始信號檢測、頻率偏移估計(jì)和定時對準(zhǔn)估計(jì)。
現(xiàn)有技術(shù)說明移動和固定的蜂窩無線通信系統(tǒng)已經(jīng)逐漸在全世界普及。蜂窩的概念包括使用一個或多個基站(BS)，對于電話系統(tǒng)，該基站連接到公用電話交換網(wǎng)(PSTN)。遠(yuǎn)程終端，也稱作用戶單元(SU)和手機(jī)，使用無線通信和商定的協(xié)議連接到每個基站。對于移動蜂窩系統(tǒng)，遠(yuǎn)程終端是便攜的，可以由個人隨身攜帶或放置在車內(nèi)。在也稱作無線本地環(huán)路(WLL)系統(tǒng)的固定蜂窩系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程終端在位置上是固定的。對于向邊遠(yuǎn)地區(qū)和/或在還不具備大規(guī)模有線電話基礎(chǔ)設(shè)施的國家中增添電話業(yè)務(wù)，這種WLL系統(tǒng)是有用的。
現(xiàn)代蜂窩系統(tǒng)是數(shù)字的，并存在幾種協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字系統(tǒng)一般使用頻分多址(FDMA)技術(shù)、時分多址(TDMA)技術(shù)、TDMA與FDMA的組合(TDMA/FDMA)、或者碼分多址(CDMA)技術(shù)。例如，對于FDMA/TDMA系統(tǒng)，將頻譜劃分成多個頻率信道，并將每條頻率信道再劃分成多個時隙。在CDMA系統(tǒng)中，給每條信道分配一個特定的擴(kuò)頻碼。雙工(雙向通信)可以使用時分雙工(TDD)，將一條頻率信道中的一些時隙用于下行鏈路(基站到用戶單元)，并將同一頻率信道中的其它時隙用于上行鏈路(SU到BS)。也可以使用頻分雙工(FDD)，在頻分雙工中上行鏈路和下行鏈路的通信出現(xiàn)在不同的頻率信道。類似地，也可以使用碼分雙工。
最近，已經(jīng)提出空分多址(SDMA)系統(tǒng)。SDMA基站使用天線振子陣列替代單個的天線振子，并使用空間處理，以實(shí)現(xiàn)較低的重用因子和/或在相同“常規(guī)”(頻率、頻率和時隙或者編碼)信道上基站(BS)和多個遠(yuǎn)程終端之間的同時通信?？臻g處理包括用復(fù)數(shù)權(quán)重(即幅度和相位)加權(quán)從每個天線振子接收(在上行鏈路中)的信號或向每個天線振子發(fā)送(在下行鏈路中)的信號，根據(jù)用戶的“空間標(biāo)記”確定該用戶發(fā)送或接收所用的權(quán)重，這是該用戶位置的一個函數(shù)。
TDMA/FDMA系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的兩種例子是全球移動通信系統(tǒng)(GSM)和個人手持電話系統(tǒng)(PHS)。GSM在全世界非常地普及，并且還存在稱作DCS-1800的高頻版本，在美國是用于個人通信系統(tǒng)(PCS)的PCS-1900標(biāo)準(zhǔn)。PHS在日本普及并逐漸在其它的國家普及。PHS是TDMA/FDMA TDD系統(tǒng)，而GSM是TDMA/FDMA FDD系統(tǒng)。對于高移動性的蜂窩通信，標(biāo)準(zhǔn)的GSM是最普及的，而在低移動性的個人通信中通常使用標(biāo)準(zhǔn)的PHS。
在無線通信系統(tǒng)中，當(dāng)用戶單元(SU)第一次開機(jī)時，用戶單元必須向無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識它本身。為進(jìn)行標(biāo)識，提供用于這種信令的網(wǎng)絡(luò)控制信道。在PHS協(xié)議中，分配特定的頻率信道和時隙作為控制信道。在PHS控制信道中發(fā)送三種控制消息。廣播控制信道(BCCH)消息不斷在下行鏈路上從基站向多個用戶單元(SU)廣播，該消息說明時隙結(jié)構(gòu)和基站標(biāo)識。BCCH消息具有一個比特序列，在該序列中將跟隨一種已知格式。在PHS標(biāo)準(zhǔn)中，控制消息包括62比特的前置碼和32比特的“獨(dú)持字”序列，兩者都是預(yù)先安排的，并對于每個用戶單元都是已知的?？梢杂捎脩魡卧?SU)獲取控制信道來搜索并唯一地識別該格式。尋呼信道(PCH)消息是用于通知各用戶單元(SU)來話呼叫的下行鏈路消息。信令控制信道(SCCH)在上行鏈路和下行鏈路上使用以交換支持呼叫連接所需的信息。在PHS中，PCH和SCCH消息包括相同的前置碼和獨(dú)持字。
當(dāng)用戶單元加電時，它必須在時間和頻率中搜索BCCH消息。必須獲取BCCH消息以建立正確的控制信道結(jié)構(gòu)和與用戶單元的控制消息定時。僅當(dāng)用戶單元(SU)獲取BCCH后，它才可以上行鏈路到基站，例如登記它的存在。一旦建立連接，根據(jù)已經(jīng)定義的協(xié)議繼續(xù)呼叫連接處理，例如，參見無線電工業(yè)和商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會的“個人手持電話系統(tǒng)”，第二版，RCR STD-28(日本)。
已經(jīng)知道將遠(yuǎn)程終端初始化連接到蜂窩基站的一些方法，例如，響應(yīng)遠(yuǎn)程終端被第一次加電。在一種現(xiàn)有技術(shù)中，控制信道的頻率信道(對于FDMA)、頻率信道和時隙(對于TDMA/FDMA)或編碼(對于CDMA)為用戶單元(SU)所知，用戶單元(SU)一開始測量每個已知控制頻率(或編碼)的接收電平，然后，按漸減的接收信號電平的順序，與當(dāng)前的時隙或編碼同步以接收網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識數(shù)據(jù)。其它技術(shù)在1997年6月17日授權(quán)給Pinualt等人，標(biāo)題為《減少移動站連接到蜂窩基站所需時間的方法和系統(tǒng)》的美國專利US 5,640,675中描述。這些現(xiàn)有技術(shù)尤其適用于GSM TDMA/FDMA系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中用戶單元(SU)包括用戶標(biāo)識模塊(SIM)，該模塊說明用戶的本地網(wǎng)并包括非易失性存儲器。該非易失性存儲器用于存儲控制頻率列表以在連接過程中搜索。
不在已知控制頻率上搜索信號電平，一種改進(jìn)的現(xiàn)有技術(shù)包括搜索由基站在被稱作控制信道的邏輯信道中廣播的已知比特序列。例如，在PHS中，這可以是搜索所有控制消息中的六十二比特的已知前置碼序列的一部分或全部和/或三十二比特的已知“獨(dú)持字”序列中的一部分或全部，上述控制消息包括BCCH和PCH，并且已經(jīng)知道如何搜索這種序列，例如使用相關(guān)法。
然而這種搜索方法依然受大頻率偏移失真的出現(xiàn)、接收信號強(qiáng)度的波動以及噪聲和/或其它干擾信號的出現(xiàn)等的影響。還知道相關(guān)技術(shù)的計(jì)算很復(fù)雜。典型的用戶單元需要價格便宜并消耗功率低，因此可能只具有有限的計(jì)算能力。
一旦檢測到控制消息，還需要確定包括消息定時的定時對準(zhǔn)、頻率偏移和接收信號質(zhì)量的估計(jì)。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種在無線通信系統(tǒng)中獲取初始控制信道的方法，該方法可快速并簡單地實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能獲取初始控制信道的用戶單元，該用戶單元基本上允許無線通信系統(tǒng)中的頻率偏移。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種在無線通信系統(tǒng)中估計(jì)頻率偏移的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種在無線通信系統(tǒng)中估計(jì)信號質(zhì)量的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能夠在無線通信系統(tǒng)中提供消息或幀定時以及波特點(diǎn)估計(jì)的用戶單元。
概括地講，本發(fā)明的用戶單元實(shí)施例包括模擬的射頻前端和數(shù)字化和下變頻級，該級生成基帶信號的復(fù)數(shù)(即，同相I和正交相位Q)8比特的數(shù)字采樣。控制信號被定期地發(fā)送給用戶單元，該信號包括比特序列的參考信號。在預(yù)定的信道上發(fā)送該控制信號，在此“信道”是指FDMA系統(tǒng)中的頻率信道、TDMA系統(tǒng)中的時隙，或CDMA系統(tǒng)中的編碼，以及TDMA/FDMA系統(tǒng)中的時隙和頻率信道。本優(yōu)選實(shí)施例在使用PHS的TDMA/FDMA系統(tǒng)的基站之中。連接數(shù)字信號處理器以接收采樣，并處理它們以生成控制信道相關(guān)輸出，在一些實(shí)施例中還包括載波頻率偏移估計(jì)。通過差分采樣編碼這些采樣，使控制信道的獲取基本上免受初始載波頻率偏移的影響。以碼元速率進(jìn)行差分采樣編碼。這些經(jīng)差分采樣編碼的采樣被輸入相關(guān)器，該相關(guān)器(一般)使用預(yù)先存儲的相關(guān)器系數(shù)，來搜索經(jīng)過差分采樣編碼，然后抽取并擴(kuò)展速率(以支持快速計(jì)算)，再標(biāo)準(zhǔn)化的某種(一般是調(diào)制的)參考信號(比特序列)。當(dāng)出現(xiàn)參考信號時，相關(guān)器產(chǎn)生峰值輸出。峰值的時間位置可用于定時對準(zhǔn)，并可用于直接獲取頻率估計(jì)。也可以比較相關(guān)器輸出的測量值和信號幅度的測量值以指示檢測到參考信號出現(xiàn)。在該相關(guān)峰值上出現(xiàn)的復(fù)數(shù)相關(guān)的角度除以2π再除以碼元周期以得到頻率偏移估計(jì)，在一些實(shí)施例中，與估計(jì)值成比例的測量值是足夠的，該角度被提供為這樣一種測量值。
本發(fā)明一個方面的優(yōu)點(diǎn)是提供一種獲取控制信道信號的方法，該方法功能強(qiáng)并基本上與所有合理的初始載波頻率偏移無關(guān)。
本發(fā)明另一個方面的另一優(yōu)點(diǎn)是提供一種方法，該方法允許接收信號中合理的幅度變化和干擾的出現(xiàn)。
本發(fā)明另一個方面的另一優(yōu)點(diǎn)是提供一種對于制造商可靠并經(jīng)濟(jì)的用戶單元。
本發(fā)明另一個方面的又一優(yōu)點(diǎn)是提供一種快速并簡單地從控制信道信號獲取中得到載波頻率偏移估計(jì)的方法。
本發(fā)明另一個方面的又一優(yōu)點(diǎn)是提供一種快速并簡單地從控制信道信號獲取中得到定時對準(zhǔn)估計(jì)的方法。
本發(fā)明又一個方面的又一優(yōu)點(diǎn)是提供一種快速并簡單地從控制信道信號獲取中得到信號質(zhì)量估計(jì)的方法。
在閱讀如附圖所示的優(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，本發(fā)明的上述和其它目的和優(yōu)點(diǎn)必然將變得更加明顯。
附圖簡要說明

圖1是本發(fā)明的用戶單元實(shí)施例射頻部分的功能方框圖，該部分包括接收機(jī)前端和發(fā)射機(jī)末級；圖2是補(bǔ)充圖1中的射頻部分的數(shù)字信號處理部件的方框圖；圖3是由圖2的接收機(jī)數(shù)字信號處理單元執(zhí)行，基帶接收信號的差分采樣編碼和相關(guān)處理的功能方框圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明實(shí)施優(yōu)選實(shí)施例方法所需的硬件在無線本地環(huán)路系統(tǒng)的無線用戶單元中實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該系統(tǒng)使用PHS協(xié)議并與使用空分多址(SDMA)的基站通信。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很明顯，本發(fā)明的各方面顯然也可以被應(yīng)用于受頻率偏移影響的任何一種通信系統(tǒng)，即，任何一種通頻帶系統(tǒng)，和發(fā)送已知序列的任何一種系統(tǒng)，該序列在開始時可以被檢測。該系統(tǒng)可以使用任何一種調(diào)制方法，可以使用頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)或時分多址/頻分多址(TDMA/FDMA)等，可以包括或不包括空分多址(SDMA)，可以是固定的或移動的，等等。
圖1示出了本發(fā)明的無線電話用戶單元(SU)實(shí)施例的射頻部分，在此用參考標(biāo)號10表示這些射頻部分。射頻部分10包括接收機(jī)前端12和發(fā)射機(jī)末級14，分別通過帶通濾波器18和發(fā)射/接收(T/R)開關(guān)20連接到天線16。
所接收的信號通過典型的下變頻后生成248.45MHz的中頻(IF)信號，該下變頻使用連接到第一中頻(IF)混頻器24的1658MHz的第一本地振蕩器22。由I和Q解調(diào)器26分離同相(I)和正交(Q)信號，該解調(diào)器26連接到工作在469.9MHz的第二本地振蕩器28。
本地振蕩器通常是晶體控制的，其精度大約為±10ppm，或者在1.9GHz的射頻載波頻率上大約為±20kHz。本發(fā)明中的本地振蕩器最好是鎖相環(huán)(PLL)型的，以便一旦獲取控制信道，通過調(diào)整壓控振蕩器(VCO)，可以基本上消除初始晶體頻率誤差。在PHS中，20kHz的誤差轉(zhuǎn)變成在一個碼元周期的時間內(nèi)的37.5度的相位誤差。如PHS中所用的，在解調(diào)DQPSK信號時通常使用判定引導(dǎo)的載波恢復(fù)。如果出現(xiàn)噪聲，判定引導(dǎo)的載波恢復(fù)法將可能失去同步，除非使用初始近似頻率校正。在PHS實(shí)施例中所用的特定1/4 QPSK解調(diào)中，當(dāng)在碼元周期的時間內(nèi)頻率偏移相位誤差達(dá)到45度時，判定引導(dǎo)的頻率偏移估計(jì)將完全失去同步，并且誤比特率(BER)將直線上升。
同相模數(shù)轉(zhuǎn)換器(I-ADC)30以768千采樣/秒的速率生成8比特的I-采樣。類似地，正交相位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Q-ADC)32以768千采樣/秒的相同速率生成8比特的Q-采樣。
發(fā)射信號通過典型的上變頻，該上變頻使用連接到末級射頻(RF)混頻器34的1685MHz本地振蕩器22。接收將被發(fā)射的同相(I)和正交(Q)信號，其中由同相數(shù)模轉(zhuǎn)換器(I-DAC)36以768千采樣/秒的速率接收8比特的I-采樣流，由正交相位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(I-DAC)38以768千采樣/秒的速率接收8比特的Q-采樣流，圖2是數(shù)字信號處理器(DSP)部分40的方框圖，該數(shù)字信號處理器從接收機(jī)前端12接收I/Q-采樣，并生成將由發(fā)射機(jī)末級14發(fā)送的I/Q-信號。該DSP部分40包括若干個DSP裝置，包括連接到話音編碼DSP裝置(聲碼器)DSP44和電話接口46的接收機(jī)-DSP(Rx-DSP)42。發(fā)射機(jī)-DSP(Tx-DSP)48從接口46接收音/數(shù)據(jù)，并將它們編碼成正確的I/Q信號以由發(fā)射機(jī)末級14發(fā)射。快速存儲器50提供程序執(zhí)行，并提供用于Rx-DSP 42和Tx-DSP 48的存儲器。Motorola(Phoenix、AZ)DSP56303 24比特的數(shù)字信號處理器分別用作Rx-DSP 42和Tx-DSP 48。DSP56303是可編程CMOS DSP的DSP56300系列產(chǎn)品中的一種。該系列產(chǎn)品使用高性能，每時鐘周期單指令的引擎。DSP56300系列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)包括桶形移位器、24比特編址、指令緩存和直接存儲器存取(DMA)。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，顯然可以用其它的DSP裝置或微處理器來替代。
參見圖1，使用載波大約為1900 MHz的射頻信號生成同相(“I”)和正交(“Q”)分量，使用469.9MHz的載波檢測這兩種分量。以碼元速率的四倍數(shù)字化并采樣該I和Q信號。對于在說明性實(shí)施例中使用的PHS系統(tǒng)，碼元速率是192kHz，所以在該實(shí)例中的采樣速率將是768千采樣/秒。每個采樣的深度為8比特。
在圖2中，所接收的數(shù)字I和Q信號由Rx-DSP 42進(jìn)行數(shù)字信號處理。該Rx-DSP42最好被編程如下1.收集來自ADC 30和32的I和Q采樣；2.進(jìn)行控制信道的獲取和時分雙工的基本處理，進(jìn)行信道控制數(shù)據(jù)脈沖串定時的初始估計(jì)，確定初始載波頻率偏移，這些方面包括初始控制信道的獲取方法和本發(fā)明的其它特點(diǎn)；3.進(jìn)行拆解、頻率偏移補(bǔ)償、下變頻、濾波與均衡，其中一組四倍過采樣的原始基帶采樣相應(yīng)于一組一倍過采樣(192kHz)信號，該信號被均衡并被波特對準(zhǔn)以便解調(diào)；4.執(zhí)行解調(diào)；5.分解解調(diào)后的脈沖信號；6.解擾消息；7.進(jìn)行循環(huán)冗余校檢(CRC)；8.解密話務(wù)數(shù)據(jù)；9.向聲碼器DSP 44發(fā)送話音話務(wù)數(shù)據(jù)；10.向Tx-DSP 48發(fā)送控制信道信號和信道質(zhì)量測量值；11.更新接收補(bǔ)償濾波器和頻率偏移估計(jì)值；
12.在SDMA的情況下，計(jì)算將發(fā)送回基站的校準(zhǔn)信息；13.更新在射頻(RF)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)部件中使用的壓控振蕩器(VCO)和鎖相環(huán)(PLL)(未圖示)。
如此在Rx-DSP 42中執(zhí)行本發(fā)明方法的各種實(shí)施例。
PHS系統(tǒng)中的基站在控制信道中周期性地發(fā)送控制消息以協(xié)調(diào)其范圍內(nèi)的所有用戶單元。在PHS中，該控制消息被放在保留時隙和保留載波中。在PHS中，在物理控制信道上發(fā)送三種主要類型的控制消息BCCH(廣播控制信道)消息、PCH(尋呼信道)消息和SCCH(信令控制信道)消息。BCCH消息由基站(BS)在下行鏈路上向多個用戶單元(SU)定期廣播，并包括基站(BS)標(biāo)識碼，控制信道時隙結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息，例如哪一時隙專用于PCH和SCCH消息，以及其它的系統(tǒng)信息。PCH消息是從基站到用戶單元的下行鏈路消息，主要用于將來話呼叫通知用戶單元。SCCH消息可以在上行鏈路或下行鏈路上發(fā)送，并用于傳送基站(BS)和用戶單元(SU)之間的呼叫連接所需的信息。在許多無線通信系統(tǒng)中，包括PHS，控制消息包含已知比特序列。這種格式在此被稱作已知比特序列、編碼序列、參考序列等。本發(fā)明在實(shí)際實(shí)施中可能出現(xiàn)的競爭格式和信號的混亂狀態(tài)中提供這種格式的正確識別。這種格式出現(xiàn)的檢測和它的相關(guān)定時是控制信道獲取、載波頻率同步和隨后使用所建立的通信鏈路的關(guān)鍵，該所建立的通信鏈路用于在許多用戶單元和它們的指定基站之間同時進(jìn)行無干擾電話通信。
在PHS中，控制消息包括六十二比特的前置碼序列和三十二比特的獨(dú)持字序列，兩者都是已知的既定序列。在本發(fā)明一個方面，這些已知比特中的一種被用于構(gòu)成將被搜索的參考序列。在說明性的實(shí)施例中，選擇前置碼的后十八個的比特和獨(dú)持字所有的三十二個比特構(gòu)成這種參考信號，該參考信號組成參考序列。
應(yīng)當(dāng)注意到，在優(yōu)選實(shí)施例的TDMA/FDMA PHS系統(tǒng)中，控制信道數(shù)據(jù)在預(yù)定的時隙和頻率信道中發(fā)送，在僅使用FDMA的系統(tǒng)中，控制信道數(shù)據(jù)一般在預(yù)定的頻率信道中發(fā)送，在僅使用TDMA的系統(tǒng)中，控制信道數(shù)據(jù)一般在時隙中發(fā)送，而在CDMA系統(tǒng)中，控制信道數(shù)據(jù)一般使用編碼進(jìn)行發(fā)送?？傊?，在使用不同的標(biāo)準(zhǔn)時，“預(yù)定信道”應(yīng)被解釋成這些可能情況中的任何一種。應(yīng)當(dāng)注意到在一些系統(tǒng)中，“預(yù)定信道”可以是這些“信道”的已知或者是確定的組合中的一種。
雖然說明本發(fā)明的說明性例子專門用于解決與載波頻率偏移的確定有關(guān)的問題，其中載波頻率偏移因?yàn)橄辔晃磁c已獲取的射頻(RF)信號同步的低價晶體振蕩器而產(chǎn)生。本發(fā)明的以下方面，例如脈沖串定時的初始估計(jì)、PHS系統(tǒng)所特有的控制信道獲取和處理，呼叫獲取、定時和頻率偏移估計(jì)可以被應(yīng)用于在呼叫開始時使用已知序列的任何一種通頻帶系統(tǒng)。
聲碼器DSP 44接收來自Rx-DSP 42的話音信號，并通過接口46為電話手機(jī)生成話音信號，它不斷檢測掛機(jī)和摘機(jī)狀態(tài)，提供音頻檢測和其它常規(guī)的電話手機(jī)功能。
Rx-DSP 42和Tx-DSP 48可以使用高級DSP編程語言編程，例如MATLAB(matrix laboratory)，這是一種交互式矩陣處理程序。
MATLAB綜合數(shù)字分析、矩陣計(jì)算、信號處理和圖形在一個環(huán)境中，在該環(huán)境中問題和方案用數(shù)學(xué)表達(dá)，并且沒有傳統(tǒng)編程語言的開銷，以支持更精巧的應(yīng)用?；緮?shù)據(jù)單元是并不要求維數(shù)的矩陣。它使數(shù)字問題的解答能夠在使用諸如FORTRAN、BASIC或C等語言編寫一個程序所花費(fèi)時間的一小部分時間內(nèi)完成。可以使用專門的“工具箱”，該“工具箱”提供全面的MATLAB函數(shù)(M-文件)集，該函數(shù)集擴(kuò)展MATLAB環(huán)境以解決特定類型的問題。這種工具箱包括信號處理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、動態(tài)系統(tǒng)仿真、系統(tǒng)識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。
在使用MALAB和Motorola DSP56303的當(dāng)前技術(shù)狀態(tài)下，將不能直接實(shí)施Rx-DSP 42和Tx-DSP 48。換句話說，最好使用MATLAB生成高級代碼設(shè)計(jì)，并運(yùn)行驗(yàn)證該設(shè)計(jì)的仿真。將MATLAB代碼編譯成DSP機(jī)器代碼的編譯器是公知的。然而，在優(yōu)選實(shí)施例中，這樣由編譯器生成的機(jī)器代碼不能在現(xiàn)在可用的硬件上足夠有效地運(yùn)行當(dāng)前的任務(wù)。所以最好由熟練的程序員進(jìn)行人工優(yōu)化程序員將MATLAB源語句翻譯成相應(yīng)的編譯器代碼和/或高級語言短語，例如C或C++。對于實(shí)時處理控制程序員來說這是一個非常熟悉的標(biāo)準(zhǔn)處理，該程序員經(jīng)常必須計(jì)算程序代碼的每一比特所需的CPU執(zhí)行周期數(shù)，以將控制器放入一個處理控制點(diǎn)。因此，目前不能依靠高級MATLAB/DSP編譯器的輸出來使Rx-DSP 42和Tx-DSP 48中的每一時鐘周期最有效。初始控制消息檢測當(dāng)用戶單元被首次加電時，載波相位、碼元相位和時隙相位都是未知的并且必須被搜索。本發(fā)明通過使用應(yīng)用于采樣而不是應(yīng)用于未解調(diào)的碼元的相關(guān)技術(shù)，使從基站獲取控制信道更加容易和迅速，這種相關(guān)技術(shù)基本上消除了用戶單元對載波相位不同步的靈敏性?；旧希褂脭?shù)字信號處理方法以從參考序列相關(guān)的問題中消除載波信號頻率偏移的靈敏性。所接收的采樣在被相關(guān)之前進(jìn)行“差分采樣編碼”，其中差分采樣編碼與常規(guī)的差分采樣編碼相同，該常規(guī)的差分采樣編碼一般應(yīng)用于比特，將它們轉(zhuǎn)換成碼元，但在此應(yīng)用于波形的采樣，該采樣在優(yōu)選實(shí)施例的情況下是過采樣序列。這要求已知的比特序列在被用作相關(guān)序列，即被用作相關(guān)器系數(shù)之前，也被差分采樣編碼成參考序列h[n]。這使相關(guān)器能夠正確地工作。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)雖然針對包括差分相位調(diào)制的系統(tǒng)說明本優(yōu)選實(shí)施例(PHS系統(tǒng)使用π/4DQPSK)，本發(fā)明與是否使用差分相位調(diào)制無關(guān)；它在任一情況下都能同樣地工作。
盡管最好使用在此所述的特定的差分采樣編碼，也可以使用可基本上降低相關(guān)峰值幅度對頻率或相位偏移波動的靈敏性的任何一種編碼，并且所有這種編碼在此都被稱作“差分采樣編碼”，當(dāng)說明特定的差分采樣編碼時，具體的差分采樣編碼根據(jù)上下文將是顯然的。例如，在一種改進(jìn)的實(shí)施例中，差分采樣編碼包括低通濾波以降低差分采樣編碼信號中噪聲。
圖3圖示控制消息檢測過程60，該過程最好被實(shí)施為用于DSP 42的DSP程序，該程序用從MATLAB代碼得到的代碼編寫，并作為DSP軟件裝入存儲器50。
使用一種參考信號序列為相關(guān)器74確定系數(shù)。這種相關(guān)器系數(shù)的確定一般僅執(zhí)行一次，并且是脫機(jī)的而不是在用戶單元中，并且結(jié)果系數(shù)被存儲在用戶單元的存儲器71中以在相關(guān)器74需要時被再調(diào)用。確定系數(shù)的過程如下。已知比特序列的一部分或全部的參考序列輸入調(diào)制器62，調(diào)制器62生成數(shù)據(jù)碼元。在使用PHS的說明性實(shí)施例中，這種類型包括調(diào)制前置碼的最后十八個比特和獨(dú)持字的所有三十二個比特。將比特調(diào)制成碼元在本技術(shù)領(lǐng)域中是公知的。在PHS中，調(diào)制器62是π/4 DQPSK調(diào)制器，它將比特差分編碼成碼元(不要與差分采樣編碼混淆)。因而，調(diào)制器62生成碼元周期為Ts的復(fù)數(shù)碼元序列，在該說明性實(shí)施例的PHS系統(tǒng)中Ts＝1000/192us。脈沖整形濾波器(和采樣器)64用于生成采樣周期為Ts/N的過采樣序列x[n]，其中N是過采樣因子，n是時間標(biāo)號。N一般與輸入給相關(guān)器74的過采樣因子相同，該因子與在用戶單元(SU)中采樣數(shù)字化下變頻信號的過采樣因子相同。在優(yōu)選實(shí)施例中，使用平方根升余弦脈沖進(jìn)行脈沖整形。也可以使用其它的脈沖整形，脈沖整形在本技術(shù)領(lǐng)域是公知的。在優(yōu)選實(shí)施例中用于用戶單元的過采樣因子N＝4。在在此使用的標(biāo)記中，x[n]是復(fù)數(shù)采樣值，其中n是時間標(biāo)號。第一差分采樣編碼器66將其轉(zhuǎn)換成輸出y[n]，該y[n]被提供給抽取器68。例如y[n]＝x[n]*x′[n-M0]，其中′表示復(fù)數(shù)共軛運(yùn)算符，*表示相乘，M0是任一非負(fù)整數(shù)并且一般設(shè)置為N。量值Td＝M0*Ts/N稱作差分采樣編碼周期，并且一般被設(shè)置為采樣周期Ts。在一種改進(jìn)的實(shí)施例中，差分采樣編碼器66執(zhí)行操作y1[n]＝x[n]*x′[n-M0]，然后進(jìn)行y[n]＝LPF{y1[n]}，其中LPF{}是所選擇的低通濾波器操作以降低末級差分采樣編碼序列y[n]中的噪聲。然后以L抽取差分采樣編碼后的序列y[n]以生成抽取輸出a[n]。一般來說，L是滿足0＜L≤N的任一整數(shù)，并且一般設(shè)置L＝N。然后由采樣速率擴(kuò)展器處理抽取輸出a[n]以生成采樣周期Ts/N上的序列b[n]。采樣速率擴(kuò)展器69的輸出b[n]與其輸入a[n]的關(guān)系為
該采樣速率擴(kuò)展器69的擴(kuò)展速率為L。
在優(yōu)選實(shí)施例中，采樣速率擴(kuò)展器69的輸出b[n]由標(biāo)準(zhǔn)化器70標(biāo)準(zhǔn)化，該標(biāo)準(zhǔn)化器70使序列的每個元素除以整個序列的歐幾里得矢量范數(shù)，即除以該序列中采樣幅度總和的平方根，從而生成參考序列h[n]。該序列一般存儲在存儲器71中以在獲取接收信號期間作作相關(guān)器74的系數(shù)。
現(xiàn)在說明在用戶單元中處理N次過采樣的復(fù)數(shù)采樣的接收序列(表示為z[n])以檢測控制序列的出現(xiàn)。雖然在此使用標(biāo)記z[n]表示復(fù)數(shù)信號，應(yīng)當(dāng)理解它是將被處理的例如來自ADC 30和32的I和Q采樣。這些采樣的采樣周期為Ts/N，其中Ts和N的含義和值與上面在形成相關(guān)器的系數(shù)時的含義和值相同。由第二差分采樣編碼器72將采樣序列z[n]轉(zhuǎn)換成信號u[n]，其中差分采樣編碼器72是用戶單元(SU)的部件。所接收的序列z[n]以與參考序列相同的方式被差分采樣編碼，即，在一種實(shí)施例中u[n]＝z[n]*z′[n-M0]，和在一種改進(jìn)的實(shí)施例中，u1[n]＝z[n]*z′[n-M0]，然后進(jìn)行u[n]＝LPF{u1[n]}，其中LPF{}是所選擇的低通濾波器以降低u[n]中的噪聲。然后同樣作為用戶單元部件的相關(guān)器74能夠通過使差分采樣編碼序列信號u[n]與相關(guān)器系數(shù)相關(guān)從而生成輸出v[n]，其中相關(guān)器系數(shù)是參考序列h[n]的值(一般預(yù)先存儲在存儲器71中)。該復(fù)數(shù)值相關(guān)為v~[n]=Σi=0M-1h′[M-i]*u[n-i],]]>其中M是相關(guān)器系數(shù)序列的長度(采樣個數(shù))，該序列是差分采樣編碼的參考序列。在優(yōu)選實(shí)施例中，M＝23*N(差分采樣編碼序列相應(yīng)于三十二比特的獨(dú)持字加前置碼的后十八個比特)。參考序列h[n]一般包括多個由采樣速率擴(kuò)展器生成的零。因此，在相關(guān)器74中存在多個零值系數(shù)。這允許降低所需的計(jì)算量，因?yàn)樵诳偤椭袃H需計(jì)算h[n]為非零的乘積。這種計(jì)算功率的降低將降低硬件成本和電池功率，否則將需要耗費(fèi)很高的時鐘速率。在一種可選實(shí)施例中，不進(jìn)行抽取和速率擴(kuò)展，所以相關(guān)是差分采樣編碼的序列u[n]與差分采樣編碼的序列y[n]的相關(guān)。
序列y[n]的抽取和隨后的速率擴(kuò)展生成參考序列h[n]，該序列h[n]包含序列y[n]的一個稀疏子集，其中y[n]的一些值已經(jīng)被強(qiáng)制轉(zhuǎn)變?yōu)榱?。因此序列h[n]被稱作填零子集參考序列。實(shí)際效果在于相關(guān)求得的不是相關(guān)乘積的總和，而是一些相關(guān)乘積的部分和。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是顯然的，使用y[n]的抽取和速率擴(kuò)展僅是確定這種填零子集參考序列的一種方法。例如，一種可選實(shí)施例可以確定整個序列y[n]，然后設(shè)置一些值為零。需要記住一般僅脫機(jī)確定一次填零子集參考序列h[n]。
同樣，使用這種填零子集參考序列作為相關(guān)器系數(shù)組的相關(guān)僅是使用部分求和進(jìn)行相關(guān)的一種方法。執(zhí)行這種部分求和相關(guān)的其它方法也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，在可選實(shí)施例中，可以強(qiáng)制相關(guān)中的求和操作不在順序加一的標(biāo)號上相加，而是在順序地加一個更大數(shù)的標(biāo)號上相加。
在得到計(jì)算功率的情況下，相關(guān)器74的優(yōu)選實(shí)施例將v[n]形成為復(fù)數(shù)相關(guān)[n幅值的函數(shù)，例如v[n]＝|[n]|?？蛇x地，相關(guān)器74的輸出被形成為[n]實(shí)部的函數(shù)。在兩種實(shí)施例中，v[n]中幅度峰值的出現(xiàn)表示原始序列中參考信號的出現(xiàn)。兩種可選實(shí)施例還產(chǎn)生本發(fā)明該方面的一個主要優(yōu)點(diǎn)，即，在面對討厭的普通載波頻率偏移時，用戶單元的初始獲取基本上是可靠的。然而，第一實(shí)施例對于偏移比第二實(shí)施例更可靠，而第二實(shí)施例雖然對載波頻率偏移具有更強(qiáng)的靈敏性，但有降低相關(guān)器所需計(jì)算次數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并且具有與第一實(shí)施例近似相同的參考信號檢測性能。
在一種可選實(shí)施例中，可以直接執(zhí)行[n]實(shí)部的確定，而不需要首先確定[n]，通過使用下式v[n]=Σi=0M-1Re{h′[M-i]}*Re{u[n-i]}+Im{h′[M-i]}*Im{u[n-i]}]]>其中Re{}和Im{}分別表示實(shí)部和虛部。
由單元76將輸出v[n]平方以生成相關(guān)涉及信號w[n]。在優(yōu)選實(shí)施例中，該平方使在確定幅值時不必計(jì)算平方根。因此，典型地，不直接確定v[n]，而由單元74和76組合以直接生成w[n]。在可選實(shí)施例中，可以省略單元76，或者可以確定相關(guān)輸出v[n]的其它單調(diào)函數(shù)以生成相關(guān)涉及信號w[n]。
當(dāng)相關(guān)器涉及信號w[n]高于閾值時，閾值檢測器78輸出信號表示在控制消息中出現(xiàn)參考信號。相關(guān)峰值的位置提供定時相位。實(shí)際上，干擾信號可以隨意地提高集合信號的電平。例如，在PHS系統(tǒng)中，相鄰時隙可以用于傳送話務(wù)(TCH)消息，并且如果這些相鄰脈沖串的傳輸功率電平很高，則它們可能被誤認(rèn)為控制消息。在一種改進(jìn)的實(shí)施例中，比較相關(guān)涉及信號w[n]與作為信號幅度函數(shù)的量值。在優(yōu)選實(shí)施例中使用的函數(shù)是幅度平方裝置80。即，通過計(jì)算信號幅度相關(guān)閾值d[n]，可以防止變化的信號幅度產(chǎn)生不利影響，其中d[n]最好依據(jù)差分采樣編碼序列u[n]的平方幅度。
最好象下面所述的那樣使用幅度平方裝置80和低通濾波器(LPF)82生成d(n)。從差分采樣編碼序列u[n]計(jì)算瞬時功率p[n]為p[n]＝u[n]*u′[n]，然后被濾波以在LPF 82的輸出上生成d[n]。例如，由下式定義一種將使用的LPF響應(yīng)d[n]＝γp[n]+(1-γ)d[n-1]，0≤γ≤1，其中γ一般選作L/M。優(yōu)選地，LPF 82的響應(yīng)為d[n]=Σi=0K-1p[n-i],]]>其中一般選擇K等于M。也可以選用其它的LPF響應(yīng)。平方器80的目的是使閾值檢測器78比較信號w[n]和類似單元的d[n](相關(guān)器輸出被視為具有與信號u[n]相同的單元)。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是顯然的，其它的實(shí)施例可以修改方框76和80使w[n]和d[n]具有可比較的維數(shù)。顯然LPF 82的目的是濾除噪聲，并且可選實(shí)施例可以沒有LPF 82，而使用其它元件平滑信號。
閾值檢測器78的輸入是w[n]和d[n]。在一種實(shí)施例中，閾值檢測器78比較w[n]和閾值ad[n]，并且只要超過閾值ad[n]，則確定在某些采樣時間n上發(fā)現(xiàn)控制消息。α的典型值是0.25乘以參考序列的矢量范數(shù)。在優(yōu)選實(shí)施例中，閾值檢測器比較輸入w[n]和閾值ad[n]，并且如果超過閾值，計(jì)算使w[n]/d[n]最大化的采樣m用于n≤m＜n+K。下述程序可用于確定m
這里的優(yōu)點(diǎn)是可以避免計(jì)算復(fù)雜的除法。K值一般等于M。檢測器78表示在采樣時間m上檢測到控制消息。
在一種改進(jìn)的實(shí)施例中，α可以被設(shè)置為自適應(yīng)的。一開始，α被設(shè)置為最大值αmax。通過在預(yù)定的時間間隔上遞減Δα來降低α的值，直到檢測到控制消息。這種自適應(yīng)方法降低了在不同的信號質(zhì)量、噪聲和干擾環(huán)境中錯誤地檢測控制消息的可能性。αmax的典型值為0.8，Δα的典型值為0.1。頻率偏移估計(jì)相關(guān)器在閾值檢測器78上生成周期峰值輸出，該峰值輸出可以用于直接獲得頻率偏移估計(jì)fest。當(dāng)參考信號與輸入信號z[n]在采樣時間m上正確地聯(lián)合時，∠[m]≈θ，其中∠是相位，θ是表示為一個相位角度的偏移。這在不存在噪聲和不相等的信道多徑時將是完全正確的。在該相關(guān)峰值上出現(xiàn)的復(fù)數(shù)相關(guān)的同相和正交采樣的角度除以2π與差分采樣編碼周期Td(最好等于碼元周期Ts)的乘積以生成頻率偏移估計(jì)值，即fest＝∠I，Q/2πTd。其中∠I，Q＝∠[m]≈θ。尤其重要地指出這種頻率偏移估計(jì)在幾乎沒有花費(fèi)的情況下獲得，并且簡單并易于獲得。并指出獲得該頻率偏移估計(jì)值并不是能夠獲得控制信道所需要的先決條件。信號質(zhì)量估計(jì)用戶單元所接收信號的質(zhì)量是一個有用的量值。信號質(zhì)量估計(jì)值在診斷、故障排除、控制發(fā)射機(jī)功率、瞄準(zhǔn)/安裝天線、信道分配等中是有用的。在大多數(shù)的系統(tǒng)中，它被從用戶單元向基站發(fā)送以便基站可以調(diào)整發(fā)射功率。在本發(fā)明的另一方面，信號質(zhì)量被估計(jì)為w[m]/d[m]，其中m是在例如Rx-DSP 42的數(shù)字獲取處理器上檢測到控制消息的時間。天線指向眾所周知一些天線是定向的。例如，可以設(shè)置一個天線陣列從不同方向擇優(yōu)地發(fā)射和接收信號。例如，可以使用一個天線陣列，并且在每個天線振子上接收的信號可以在幅度和相位上被不同地加權(quán)，以擇優(yōu)地接收一個或多個方向上的信號。這種天線也可以用于擇優(yōu)地發(fā)射。在信號接收期間，所接收信號的強(qiáng)度將取決于天線指向的方向。在用戶單元位置固定的系統(tǒng)中，例如無線本地環(huán)路系統(tǒng)，為了獲得好的通信質(zhì)量，正確的天線瞄準(zhǔn)可能是必需的。
本發(fā)明的另一方面是將信號質(zhì)量估計(jì)值w[m]/d[m]用于瞄準(zhǔn)/安裝天線。天線瞄準(zhǔn)方法的優(yōu)選實(shí)施例如下。用戶單元的天線瞄準(zhǔn)一個方向，應(yīng)用初始獲取處理以試圖檢測控制消息?？梢杂刹僮鲉T或使用機(jī)械進(jìn)行天線的瞄準(zhǔn)。如果該處理成功地發(fā)現(xiàn)控制消息，信號質(zhì)量估計(jì)被用作質(zhì)量水平。該質(zhì)量水平向瞄準(zhǔn)天線的操作員提供反饋。在操作員的情況下，反饋可以用直觀顯示的形式，例如LED刻度(例如，好的質(zhì)量可以使5個LED發(fā)光，壞的質(zhì)量不使LED發(fā)光)。如果反饋指示信號質(zhì)量不夠好，天線被重復(fù)瞄準(zhǔn)并重復(fù)該過程。一旦給操作員的反饋指示質(zhì)量足夠好，瞄準(zhǔn)過程結(jié)束?；痉峙湓诜涓C系統(tǒng)中，可能有用戶單元可以連接的多個基站。在PHS中，例如，多個基站一般通過在不同的時隙中發(fā)送控制消息來共享同一控制信道。用戶單元可能必須根據(jù)它在控制頻率上從不同基站(BS)接收的信號來確定連接到哪一基站。這就是基站分配問題。
本發(fā)明的另一方面是使用信號質(zhì)量估計(jì)進(jìn)行基站分配的方法。在用于PHS系統(tǒng)的說明性實(shí)施例中，基站分配是在天線瞄準(zhǔn)過程結(jié)束之后的又一可選步驟，其中該用戶單元1.解碼由初始控制消息獲取過程檢測的控制消息；2.根據(jù)消息確定基站標(biāo)識；和3.向如此識別出的基站發(fā)送SCCH消息以向該網(wǎng)絡(luò)登記它本身。定時對準(zhǔn)本發(fā)明的另一方面是定時對準(zhǔn)。本發(fā)明的方法提供一種確定消息發(fā)送時間中的點(diǎn)以及波特點(diǎn)的方法。波特點(diǎn)一般是波形的中心，該波形用于整形表示數(shù)據(jù)碼元的脈沖，因而是采樣每個數(shù)據(jù)碼元的最佳點(diǎn)。消息的長度一般根據(jù)碼元數(shù)預(yù)先定義。在PHS標(biāo)準(zhǔn)中，消息的長度為120個數(shù)據(jù)碼元，并包括上升沿和下降沿時間。過采樣在每一數(shù)據(jù)碼元周期Ts生成N個采樣。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，通過使用Rx-DSP 42在時間m上檢測控制消息來估計(jì)消息定時和波特點(diǎn)定時。估計(jì)控制消息的開始出現(xiàn)在時間標(biāo)號[m-round{N(D-1/2)}]上，其中N是過采樣因子，D是參考信號中最后一個碼元相對于控制消息啟始的位置，以碼元計(jì)算。“round{}”表示四舍五入在最接近整數(shù)上下變化的量，也可以用到最接近整數(shù)的截?cái)嗌嵛粊硖娲?。波特點(diǎn)被估計(jì)為遞加多個N的m，例如，波特點(diǎn)被估計(jì)為m、m+N、m+2N等。
下述MATLAB代碼是如何編程Rx-DSP 42以檢測控制脈沖串的例子，并且，如果成功，估計(jì)頻率偏移，控制脈沖串開始的時間標(biāo)號和所檢測控制脈沖串的信號質(zhì)量。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在Rx-DSP 42中所用的實(shí)際代碼顯然是根據(jù)該MATLAB代碼(自動或人工)確定的代碼。
下述MATLAB代碼是該代碼的第二部分，并且是如何編程Rx-DSP 42以實(shí)施閾值檢測器78功能的例子。
下述MATLAB代碼是如何編程Rx-DSP 42以生成將在控制脈沖串檢測中被相關(guān)的參考信號h[n]。它是圖3中調(diào)制器62、脈沖整形濾波器64、差分編碼器66、抽取器68和速率擴(kuò)展器69的程序等價物。
盡管已經(jīng)用本優(yōu)選實(shí)施例說明本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解該公開不能被解釋為限制性的。在閱讀上述公開之后，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，各種改變和修改必然變得明顯。因此，后附的權(quán)利要求書將被解釋為覆蓋落入本發(fā)明真正精神和范圍之內(nèi)的所有改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種在無線通信系統(tǒng)中由接收機(jī)獲取控制信道的方法，在該系統(tǒng)中定期地發(fā)送已知的參考信號，該方法包括步驟(a)根據(jù)可能包括已知參考序列的基帶射頻信號生成復(fù)數(shù)數(shù)字采樣的采樣序列z[n]，該基帶射頻信號根據(jù)在接收機(jī)上接收的接收信號確定；(b)差分采樣編碼所述的采樣序列z[n]以生成差分采樣編碼的采樣序列u[n]；(c)差分采樣編碼一種所述參考信號x[n]以生成差分采樣編碼的參考序列y[n]；和(d)相關(guān)差分采樣編碼的采樣序列u[n]和差分采樣編碼的參考序列y[n]以生成相關(guān)器輸出信號v[n]，當(dāng)已知的參考信號存在于該基帶射頻信號中時，該相關(guān)器輸出信號v[n]具有幅度峰值，選擇步驟(b)和(c)的差分采樣編碼以降低相關(guān)器輸出信號v[n]中的任一幅度峰值對基帶射頻信號中頻率偏移變化的靈敏度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(b)和(c)的差分采樣編碼分別確定u[n]＝z[n]*z′[n-M0]，和y[n]＝x[n]*x′[n-M0]。其中′表示復(fù)數(shù)共軛運(yùn)算，*表示乘法，M0是確定差分采樣周期Td的非負(fù)整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中基帶射頻信號被用碼元周期Ts數(shù)字調(diào)制，并且差分采樣編碼周期Td等于碼元周期Ts。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中相關(guān)步驟確定相關(guān)乘積的部分和。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中根據(jù)填零子集參考序列h[n]確定部分和，通過設(shè)置差分采樣編碼參考序列y[n]的一些采樣值為零并標(biāo)準(zhǔn)化來確定h[n]，以便填零子集參考序列h[n]是標(biāo)準(zhǔn)化的，并且其中所述的相關(guān)步驟使差分采樣編碼的采樣序列u[n]與填零子集參考序列h[n]相關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中將差分采樣編碼的采樣序列y[n]的一些采樣值設(shè)置為零包括步驟抽取差分采樣編碼的采樣序列y[n]以獲取抽取序列，上采樣(upsampling)該抽取序列，標(biāo)準(zhǔn)化上采樣的抽取序列以提供填零子集參考序列h[n]。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中由差分采樣編碼的采樣序列u[n]與填零子集參考序列h[n]的復(fù)數(shù)相關(guān)的幅度來確定相關(guān)器輸出信號v[n]。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中由差分采樣編碼的采樣序列u[n]與填零子集參考序列h[n]的復(fù)數(shù)相關(guān)的實(shí)部來確定相關(guān)器輸出信號v[n]。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括步驟(e)確定相關(guān)器相關(guān)信號w[n]，相關(guān)器相關(guān)信號w[n]是相關(guān)器輸出信號v[n]的單調(diào)函數(shù)；并且(f)確定信號幅度相關(guān)閾值d[n]，該信號幅度相關(guān)閾值d[n]單調(diào)地取決于差分采樣編碼的采樣序列u[n]的幅度；(g)比較相關(guān)器相關(guān)信號w[n]與信號幅度相關(guān)閾值d[n]，以表示相關(guān)器相關(guān)信號w[n]何時超過閾值常數(shù)α與信號幅度相關(guān)閾值d[n]的乘積。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述確定相關(guān)器相關(guān)信號w[n]的步驟將相關(guān)器相關(guān)信號w[n]確定為相關(guān)器輸出信號v[n]的平方值；并且所述確定信號幅度相關(guān)閾值d[n]的步驟將信號幅度相關(guān)閾值d[n]確定為差分采樣編碼的采樣序列u[n]的平方值。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述確定相關(guān)器相關(guān)信號w[n]的步驟將相關(guān)器相關(guān)信號w[n]確定為相關(guān)器輸出v[n]的平方值；并且所述確定信號幅度相關(guān)閾值d[n]的步驟包括低通濾波差分采樣編碼的采樣序列u[n]的平方值以生成信號幅度相關(guān)閾值d[n]。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括步驟(h)確定時間對準(zhǔn)m為在相關(guān)器相關(guān)信號w[n]超過閾值常數(shù)α與信號幅度相關(guān)閾值d[n]的乘積時的采樣時間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括步驟(i)確定接收信號的信號質(zhì)量估計(jì)w[m]/d[m]為相關(guān)器相關(guān)信號w[n]在時間對準(zhǔn)m上的值與信號幅度相關(guān)閾值d[n]在時間對準(zhǔn)m上的值之比。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中接收機(jī)包括天線，該方法還包括(j)通過改變天線方向直到信號質(zhì)量估計(jì)w[m]/d[m]達(dá)到可接收的質(zhì)量水平來定向天線。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該可接收的質(zhì)量水平是信號質(zhì)量估計(jì)的最大值。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中用閾值常數(shù)α的初始值執(zhí)行比較的初始步驟(g)，該方法還包括在預(yù)定的時間間隔上執(zhí)行的附加步驟(h)重復(fù)步驟(a)、(b)、(d)、(e)、(f)和(g)，每一連續(xù)的重復(fù)根據(jù)搜索策略改變閾值常數(shù)α的值，當(dāng)相關(guān)器相關(guān)信號w[n]超過閾值常數(shù)α與信號幅度相關(guān)閾值d[n]的乘積時結(jié)束重復(fù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中重復(fù)步驟(h)中的搜索策略重復(fù)步驟(a)、(b)、(d)、(e)、(f)和(g)直到達(dá)到重復(fù)的最大數(shù)，每一連續(xù)重復(fù)使用一個值用于閾值常數(shù)α，該值小于閾值常數(shù)α的前一個值。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中在重復(fù)步驟(h)中的搜索策略當(dāng)閾值常數(shù)α大于或等于最小值時，重復(fù)步驟(a)、(b)、(d)、(e)、(f)和(g)，每一連續(xù)重復(fù)使用一個值用于閾值常數(shù)α，該值小于閾值常數(shù)α的前一個值。
19.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括步驟(i)計(jì)算角度偏移θ，θ為差分采樣編碼的采樣序列u[n]和填零子集參考序列h[n]的復(fù)數(shù)相關(guān)的時間對準(zhǔn)m上的相位角度；(ii)確定載波頻率偏移fest為角度偏移θ的函數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述步驟(j)確定載波頻率偏移fest為角度偏移θ除以一分母，該分母等于2π與差分采樣編碼周期Td的乘積，即fest=θ2*π*Td]]>其中*表示乘法。
21.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，包括(i)確定采樣序列z[n]的波特點(diǎn)為時間對準(zhǔn)m和在碼元周期Ts中距離該時間對準(zhǔn)m多個采樣的所有采樣時間。
22.一種根據(jù)基帶射頻信號的復(fù)數(shù)數(shù)字采樣的采樣序列z[n]確定在基帶射頻信號中出現(xiàn)已知參考信號的方法，該方法包括步驟(a)差分采樣編碼所述采樣序列z[n]以生成差分采樣編碼的采樣序列u[n]；并且(b)相關(guān)差分采樣編碼的采樣序列u[n]與一組相關(guān)器系數(shù)，該相關(guān)器系數(shù)包括一個差分采樣編碼的采樣序列y[n]，該序列y[n]通過采樣并差分采樣編碼一種所述參考信號x[n]來確定，該相關(guān)生成相關(guān)器輸出信號v[n]，當(dāng)已知參考信號存在于基帶射頻信號中時，該相關(guān)器輸出信號v[n]具有幅度峰值。u[n]和y[n]中的差分采樣編碼的類型相同，并選擇以降低相關(guān)器輸出信號v[n]中的任一幅度峰值對基帶射頻信號中頻率偏移變化的靈敏度。
23.一種無線通信系統(tǒng)，包括(a)無線電接收機(jī)，該無線電接收機(jī)包括天線，用于接收接收信號；前端，連接到天線并根據(jù)接收信號生成基帶射頻信號的復(fù)數(shù)數(shù)字采樣序列；(b)數(shù)字信號處理器，用于差分采樣編碼所述采樣以生成差分采樣編碼的采樣序列；(c)相關(guān)器，包括用于存儲相關(guān)器系數(shù)的相關(guān)器系數(shù)存儲器，該相關(guān)器連接到數(shù)字信號處理器，并相關(guān)差分采樣編碼的采樣序列與相關(guān)器系數(shù)，該相關(guān)器的輸出包括相關(guān)器輸出信號；(d)用于差分采樣編碼一種采樣的已知參考信號x[n]以生成差分采樣編碼的參考序列y[n]的裝置；和(e)用于將差分采樣編碼的參考序列裝入相關(guān)器系數(shù)存儲器的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的無線電接收機(jī)，其中差分采樣編碼的步驟(b)和(d)分別確定u[n]＝z[n]*z′[n-M0]，和y[n]＝x[n]*x′[n-M0]。其中′表示復(fù)數(shù)共軛運(yùn)算，*表示乘法，M0是確定差分編碼周期Td的非負(fù)整數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的無線電接收機(jī)，其中基帶射頻信號被用碼元周期Ts數(shù)字調(diào)制，并且差分編碼的周期Td等于碼元周期Ts。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的無線電接收機(jī)，其中裝入裝置(e)將差分采樣編碼的參考信號的填零子集參考序列裝入相關(guān)器系數(shù)存儲器，通過將該差分采樣編碼的采樣序列的一些采樣值設(shè)置為零并標(biāo)準(zhǔn)化來確定該填零子集參考序列，所以該填零子集參考序列是標(biāo)準(zhǔn)化的。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的無線電接收機(jī)，其中將差分采樣編碼的采樣序列的一些采樣值設(shè)置為零包括步驟抽取差分采樣編碼的參考序列以獲取抽取序列，上采樣該抽取序列，標(biāo)準(zhǔn)化上采樣的抽取序列以提供填零子集參考序列。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的無線電接收機(jī)，其中由差分采樣編碼的采樣序列與相關(guān)器系數(shù)的復(fù)數(shù)相關(guān)的幅度來確定相關(guān)器輸出信號。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的無線電接收機(jī)，其中由差分采樣編碼的采樣序列與相關(guān)器系數(shù)的復(fù)數(shù)相關(guān)的實(shí)部來確定相關(guān)器輸出信號。
30.根據(jù)權(quán)利要求26的無線電接收機(jī)，還包括(f)單調(diào)函數(shù)裝置，該裝置包括輸入和輸出，該輸入連接到相關(guān)器的輸出，該單調(diào)函數(shù)裝置的輸出包括相關(guān)器相關(guān)信號，該信號是單調(diào)函數(shù)裝置輸入信號的單調(diào)函數(shù)；和(g)信號幅度函數(shù)裝置，該裝置具有輸入和輸出，該輸入包括差分采樣編碼的采樣序列，該輸出包括信號幅度相關(guān)閾值，該閾值單調(diào)地取決于差分采樣編碼的采樣序列的幅度；(h)閾值器，包括用于設(shè)置閾值常數(shù)值的設(shè)置裝置，并具有第一輸入、第二輸入和主輸出，該閾值器比較第一輸入和第二輸入，并當(dāng)?shù)谝惠斎氤^由設(shè)置裝置所設(shè)置的閾值常數(shù)值與第二輸入的乘積時，在主輸出上生成檢測信號，第一輸入連接到單調(diào)函數(shù)裝置的輸出，第二輸入連接到信號幅度函數(shù)裝置的輸出。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的無線電接收機(jī)，其中單調(diào)函數(shù)裝置(f)是第一幅度平方器，信號幅度函數(shù)裝置是第二幅度平方器，該接收機(jī)還包括(i)低通濾波器，具有輸入和輸出，其輸入連接到第二幅度平方器的輸出，其輸出連接到閾值器(h)的第二輸入。
全文摘要
一種無線通信用戶單元(圖1)包括生成同相和正交相位數(shù)字采樣的射頻下變頻級(10)。連接數(shù)字信號處理器(圖3)以接收采樣,并處理它們以生成控制信道相關(guān)輸出和載波頻率偏移估計(jì)。通過差分采樣編碼(72)這些采樣使控制信道的獲取基本上不受初始載波頻率偏移的影響。這些信號被輸入給相關(guān)器(74),該相關(guān)器的系數(shù)是預(yù)先存儲的經(jīng)過差分采樣編碼、抽取和速率擴(kuò)展的一種已知參考序列。當(dāng)參考序列出現(xiàn)時,相關(guān)器輸出峰值輸出,該峰值輸出可用于檢測參考序列的出現(xiàn)。峰值的時間位置可用于時間對準(zhǔn)、信號質(zhì)量估計(jì),和直接獲取頻率偏移估計(jì)。
文檔編號H04L7/04GK1270724SQ98808126
公開日2000年10月18日 申請日期1998年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月8日
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