專利名稱：帶分布式接收機(jī)的多用戶通信系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
I.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及諸如無線數(shù)據(jù)或電話系統(tǒng)、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器型擴(kuò)頻通信系統(tǒng)之類的多址聯(lián)接通信系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種采用與若干模擬接收機(jī)分別耦合以降低數(shù)據(jù)傳送要求的多個(gè)數(shù)字接收機(jī)組件，進(jìn)行數(shù)字信號(hào)解調(diào)的通信系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及一種碼分多址聯(lián)接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中用來降低產(chǎn)生單一用戶數(shù)據(jù)所需數(shù)據(jù)傳送速率的某些信號(hào)解調(diào)功能再分配方法。II.相關(guān)技術(shù)的描述為了在大量系統(tǒng)用戶間傳送信息，已開發(fā)各種多址聯(lián)接通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)所用技術(shù)有時(shí)分多址聯(lián)接(TDMA)、頻分多址聯(lián)接(FDMA)和調(diào)幅(AM)(如振幅壓擴(kuò)單邊帶ACSSB)等調(diào)制方案，其基本方法已眾所周知。然而，擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，如碼分多址聯(lián)接(CDMA)，具有超越其它調(diào)制方案的顯著優(yōu)點(diǎn)，尤其在為大量通信系統(tǒng)用戶提供服務(wù)的情況下。在4901307號(hào)美國(guó)專利的精神中已揭示CDMA技術(shù)在一種多址聯(lián)接通信系統(tǒng)的應(yīng)用。該專利1993年2月13日提出，名為“采用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器或陸上中續(xù)器的擴(kuò)頻多址聯(lián)接通信系統(tǒng)”，已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人，在此援引作參考。
4901307號(hào)專利揭示一種多址聯(lián)接通信系統(tǒng)技術(shù)，其中大量一般移動(dòng)用戶或遠(yuǎn)端系統(tǒng)用戶分別采用收發(fā)信機(jī)，通過諸如公用電話交換網(wǎng)等，與其他系統(tǒng)用戶或所需信號(hào)接收端進(jìn)行通信。這些收發(fā)信機(jī)利用CDMA擴(kuò)頻通信信號(hào)，通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、關(guān)口站或陸上基站(有時(shí)也稱為區(qū)站或蜂窩區(qū))相互聯(lián)系。該系統(tǒng)使系統(tǒng)用戶之間和此通信系統(tǒng)所接其他系統(tǒng)的用戶之間，可傳送各種數(shù)據(jù)和語(yǔ)言通信信號(hào)。
采用諸如4901307號(hào)美國(guó)專利所指示的擴(kuò)頻信號(hào)和調(diào)制技術(shù)的通信系統(tǒng)具有高于其他技術(shù)的系統(tǒng)容量。這是因?yàn)槠渌夹g(shù)中做成在系統(tǒng)所服務(wù)的不同地區(qū)，頻譜重復(fù)使用多次，而一個(gè)地區(qū)內(nèi)的用戶之間則共同爭(zhēng)用。采用CDMA比采用其他多址聯(lián)接技術(shù)取得較高的給定頻譜利用率。此外，采用寬帶CDMA技術(shù)較易克服多徑衰落等問題，尤其有利于陸上中繼站。
寬帶CDMA通信中用的偽噪聲(PN)調(diào)制技術(shù)具有較高的信號(hào)增量，使頻譜上相同的通信信道或信號(hào)可較快區(qū)分開。假定任何傳播路徑差帶來的相對(duì)傳播時(shí)延大于PN籌元(片碼)的一個(gè)周期(所帶寬的倒數(shù))，則上述情況可使跨越不同路徑的信號(hào)便于區(qū)別。如果采用約1MHz的PN籌元速率，則能用全擴(kuò)頻增益(等于擴(kuò)展頻寬與系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率之比)鑒別路徑延遲或到達(dá)時(shí)間相差1微秒的信號(hào)路徑。
鑒別多徑信號(hào)的能力使多徑衰落的嚴(yán)重程度大為緩解，盡管由于有時(shí)路徑延遲差小于一個(gè)PN籌元周期而不能完全消除該衰落。因?yàn)榻ㄖ锖偷孛娴姆瓷浯鬄闇p少，而且往返總路徑很長(zhǎng)，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器或定向鏈路存在延遲短的路徑尤為確實(shí)。因此，作為減少衰落的不利影響和相關(guān)用戶(或衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器)移動(dòng)帶來的問題的一種方法，最好具有某種信號(hào)分集。
通常，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)采用3種分集，即時(shí)間、頻率和空間的分集。采用信號(hào)分量的重復(fù)和時(shí)間交錯(cuò)可得時(shí)間分集。信號(hào)能量沿廣擴(kuò)帶寬的擴(kuò)散提供一種頻率分集。因此，頻率選擇性衰落只影響一小部分CDMA信號(hào)帶寬。采用多信號(hào)路徑(一般通過不同的天線或波束)提供空間分集。
通常將衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器用的波束配置成覆蓋較大的地理區(qū)域，因而任何時(shí)間都比陸上中繼器系統(tǒng)可對(duì)較多的用戶尋址。每顆衛(wèi)星一般都用多條波束(11～16條左右)同時(shí)射至若開相鄰地理區(qū)域，從而提供分集。多波束目標(biāo)用戶觀眾的相對(duì)規(guī)模一般不小，即便用戶面積密度小時(shí)也這樣，也即，雖然服務(wù)區(qū)會(huì)包括人口密度低的地區(qū)，各區(qū)域綜合的總規(guī)模意味著一給定衛(wèi)星波束圖內(nèi)仍有很多用戶。此外，有些地區(qū)還利用衛(wèi)星克服陸上電話系統(tǒng)的不足，這些地區(qū)可能人口密度較高。
用衛(wèi)星為較多的用戶提供業(yè)務(wù)，落實(shí)到每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的有效發(fā)射機(jī)或天線較多(多達(dá)每衛(wèi)星有16波束)和每衛(wèi)星波束通信信道較多。通常，一衛(wèi)星的每波束通信信道數(shù)從陸上中繼器常見的64條增加到128條。這些因素使系統(tǒng)關(guān)口站必須接納的數(shù)據(jù)和信號(hào)處理量比基站增加許多。
陸上基站一般最多使用6副天線，大致為一完整蜂窩區(qū)1副到分裂蜂窩區(qū)的3個(gè)扇形區(qū)各2副，而且各天線在一載波頻率上接收通信信號(hào)。反之，衛(wèi)星關(guān)口站使用有1副或多副天線(根據(jù)需要)在不同載波頻率接納16條或更多波束的接收機(jī)陣列(約32部或更多的接收機(jī))處理通信信號(hào)。關(guān)口站還提供對(duì)視線內(nèi)的多顆(在任何給定時(shí)間內(nèi)一般為6顆左右)衛(wèi)星的業(yè)務(wù)。在一典型系統(tǒng)中，8個(gè)軌道面各使用6顆衛(wèi)星，有些系統(tǒng)還打算用更多衛(wèi)星。
衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)接納較多通信信號(hào)，落實(shí)為各關(guān)口站要傳送和處理大量通信信號(hào)。在各天線接收的信號(hào)下變頻為相應(yīng)基帶信號(hào)且去除載波信號(hào)，以提供數(shù)字樣本信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)速率約為每載頻(波束)80兆位每秒(Mbps)。將各模擬接收機(jī)來的信號(hào)傳給關(guān)口站中指派用于處理具體用戶通信的調(diào)制解調(diào)器陣。這意味著必須沿連接所有調(diào)制解調(diào)器的公共總線傳送各接收機(jī)的數(shù)據(jù)，以便這些調(diào)制解調(diào)器能分別檢測(cè)和處理多路徑信號(hào)。對(duì)于目前通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率，在關(guān)口站調(diào)制解調(diào)器部分與模擬接收機(jī)之間傳送信號(hào)的關(guān)口站總線必須處理速率高達(dá)約若干千兆位每秒(Gbps)或以上。如此大量數(shù)據(jù)的控制、交換、定時(shí)等超出關(guān)口站節(jié)省成本有效益的范圍。這就使總線傳送結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)在費(fèi)用合理且可靠的條件下超出現(xiàn)有技術(shù)的極限。此外，在各處理電路結(jié)構(gòu)間傳送如此大量數(shù)據(jù)的布纜要求也變得高度復(fù)雜。
因此，希望關(guān)口站總體結(jié)構(gòu)內(nèi)必須使從一功能單元(或功能級(jí))傳送到另一單元的數(shù)據(jù)量減少。還希望為增加容量或需要更新時(shí)便于擴(kuò)充系統(tǒng)提供的廉價(jià)模塊化元件，得到較有效的應(yīng)用。概述鑒于上述問題和有關(guān)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)關(guān)口站、基站通信信號(hào)處理技術(shù)中發(fā)現(xiàn)的其他問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是為關(guān)口站中接收信號(hào)的正交信道分配通信處理要求。
本發(fā)明的第二目的是減少擴(kuò)頻通信系統(tǒng)關(guān)口站中必須沿模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理單元間的公共信號(hào)導(dǎo)線傳送的每單位時(shí)間數(shù)據(jù)總量。
另一個(gè)目的是提供一種使關(guān)口站各模擬接收機(jī)所關(guān)聯(lián)的處理資源可成本較低效益較高地分配的方法。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是采用非?？煽?、便于生產(chǎn)且有成本效益的擴(kuò)頻和其他數(shù)字信號(hào)處理組件，以分配成并行陣列和關(guān)口站模擬接收機(jī)一起使用。
其他優(yōu)點(diǎn)有電路母板的數(shù)據(jù)傳輸速率降低，所需導(dǎo)線和電纜數(shù)量減少，而且相關(guān)處理設(shè)備量也減少。
種種目的、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)都在擴(kuò)頻多址聯(lián)接通信系統(tǒng)(如CDMA無線電話/數(shù)據(jù)通信系統(tǒng))關(guān)口型基站用的一種信號(hào)處理總體結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。在這些CMDA系統(tǒng)中，使用者(系統(tǒng)用戶)利用給定載波頻率中不同編碼通信信號(hào)的信道，通過基站或衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和關(guān)口站相互通信。利用分別配置成在至少一個(gè)載波頻率上接收信號(hào)的模擬接收機(jī)，在一條或多條分集傳輸路徑上，從多個(gè)系統(tǒng)用戶處接收一些擴(kuò)頻通信信號(hào)。這些模擬接收機(jī)以預(yù)定的取樣率將通信信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)。該數(shù)字通信信號(hào)輸出到接于各模擬接收機(jī)輸出端的一組相應(yīng)的解調(diào)組件。與各模擬接收機(jī)相連的解調(diào)組件數(shù)量安排得使要通過該相應(yīng)模擬接收機(jī)接收各用戶所發(fā)信息的每一分集通信路徑，至少有一組件可用。
解調(diào)組件利用有相應(yīng)偏置或時(shí)間偏移的具體通信系統(tǒng)的預(yù)選同相位(I)和正交相位(Q)偽隨機(jī)噪(PN)編碼系列，將多數(shù)字通信信號(hào)解擴(kuò)頻，以形成編碼數(shù)據(jù)碼元。這些預(yù)選偽噪聲(PN)系列也用于在對(duì)打算接收的用戶發(fā)送前，調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的同相和正交分量。
解調(diào)組件一般還將編碼數(shù)據(jù)碼元累積成預(yù)定的碼元群，并將其中的預(yù)選數(shù)量碼元群提供給正交函數(shù)變換器變換為碼元數(shù)據(jù)的碼元能量量度。該能量量度表示與相應(yīng)模擬接收機(jī)工作信道所用編碼數(shù)據(jù)的假設(shè)關(guān)聯(lián)的能量值。
各解調(diào)組件，其一部分有一解擴(kuò)頻級(jí)(或解擴(kuò)電路)，另一種分有一正交碼變換器(或電路)。前者用來為各用戶生成各分集路徑的編碼數(shù)據(jù)碼元，后者用來對(duì)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和正交變換，以生成碼元能量量度。典型的變換器為階數(shù)與輸入碼元群規(guī)模對(duì)應(yīng)的快速阿達(dá)瑪爾(Hadamard)變換器。因此，各變換器的輸出代表通過一相應(yīng)接收機(jī)工作的一條信道的量度。
此解調(diào)組件可按中間用公共傳輸總線連接的解調(diào)器前端(DFE)和解調(diào)器后端(DBE)制作。這樣可使模塊化結(jié)構(gòu)和電路集成的程序高，達(dá)到成本低且可靠的目的。通過，變換器級(jí)(DBE)和解擴(kuò)頻展級(jí)(DBE)數(shù)量一樣，盡管某種程度的分時(shí)或信號(hào)選擇可使所需級(jí)數(shù)不相等。
將各解調(diào)組件(或DBE)生成的量度數(shù)據(jù)至少傳送給預(yù)先分別分配給一用戶的量度數(shù)據(jù)接收機(jī)系列中的一個(gè)接收機(jī)。各量度接收機(jī)分別對(duì)應(yīng)于一條要處理的編碼信號(hào)信道，而各變換電路的輸出分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)信道量度接收機(jī)。
多個(gè)量度數(shù)據(jù)接收機(jī)分別連接成接收各模擬接收機(jī)關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)解調(diào)組件所發(fā)的能量量度信號(hào)。本發(fā)明還包括在各量度接收機(jī)輸入端采用加法單元對(duì)從多個(gè)組件(或變換器)接收到的碼元能量量度求和，以生成用于導(dǎo)出信道數(shù)據(jù)的單一信道碼元能量量度。
本發(fā)明的另外一些方面中，還跟蹤接收信號(hào)間的相對(duì)時(shí)間差和PN序列的相位，并提供定時(shí)調(diào)整信號(hào)以表明差異的符號(hào)和大小。解擴(kuò)頻后，還按照響應(yīng)于定時(shí)控制信號(hào)值變化作調(diào)整的抽取點(diǎn)，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行抽取。
本發(fā)明對(duì)于降低與至少一個(gè)上量轉(zhuǎn)發(fā)器通信，使系統(tǒng)中用戶單元的通信信道信號(hào)傳送到模擬接收機(jī)的關(guān)口型基站的信號(hào)傳送結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，非常有效。在任何給定時(shí)間至少有2顆衛(wèi)星與關(guān)口站進(jìn)行通信的情況，這一點(diǎn)尤其有效。


從下文結(jié)合各處均以相同參考符號(hào)代表相同組成部分的附圖所作詳細(xì)說明，本發(fā)明會(huì)更清楚。附圖中圖1畫出典型無線通信系統(tǒng)的總體示意圖。
圖2畫出圖1無線通信系統(tǒng)的典型關(guān)口站調(diào)制/解調(diào)裝置方框圖；圖3畫出能有效構(gòu)成圖2的模擬接收機(jī)的模擬電路；圖4采用大量接收機(jī)畫出圖2關(guān)口站調(diào)制解調(diào)器部分的多搜尋指解調(diào)總體結(jié)構(gòu)方框圖；圖5畫出能有效構(gòu)成圖2所示的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)的一種解調(diào)電路；圖6畫出能有效構(gòu)成圖2所示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)的第二種解調(diào)電路。
圖7畫出采用多分布式數(shù)據(jù)接收機(jī)的一種新關(guān)口站總體結(jié)構(gòu)；圖8畫出圖7關(guān)口站總體結(jié)構(gòu)中用的典型FHT組件輸入部分；圖9畫出圖8中典型FHT組件的輸出部分。較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述本發(fā)明提供一種擴(kuò)頻多址聯(lián)接通信系統(tǒng)所用基站和關(guān)口站的新型信號(hào)處理總體結(jié)構(gòu)。采用一種新的數(shù)字接收機(jī)和解調(diào)器方案，便可獲得的信號(hào)總線容量利用較有效。本發(fā)明的方法和裝置將接收機(jī)系列中各接收機(jī)收到的通信信號(hào)變換為數(shù)字式，再解調(diào)各信號(hào)以去除外部PN碼，并對(duì)在各頻率上傳送給全部系統(tǒng)用戶的數(shù)據(jù)計(jì)算信號(hào)數(shù)據(jù)能量量度。然后，將各接收信號(hào)內(nèi)各預(yù)定用戶的數(shù)據(jù)量度傳至分配給獨(dú)立通信電路或接收者的信號(hào)解碼器和分集合并器。
此系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的初始層涉及模擬信號(hào)處理和數(shù)字通信信號(hào)解擴(kuò)頻，可用稱為“FHT組件”的電路組件系列有成本效益地完成。數(shù)據(jù)以降低的速率從FHT組件輸出，能較方便地用現(xiàn)有技術(shù)調(diào)整或處理。用比大量接收信號(hào)的傳統(tǒng)A/D數(shù)據(jù)樣本低的數(shù)據(jù)速率，較方便地將此層提供的能量量度數(shù)據(jù)傳送給一系列用戶解碼器。這點(diǎn)對(duì)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)很有用。
在當(dāng)前CDMA通信系統(tǒng)(如無線數(shù)據(jù)或電話系統(tǒng))的設(shè)計(jì)中，預(yù)先定義的地理區(qū)域(或蜂窩區(qū))內(nèi)的基站分別使用若干調(diào)制器-解調(diào)器裝置或擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)器處理系統(tǒng)用戶的通信信號(hào)。每一擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)器通常采用一數(shù)字?jǐn)U頻發(fā)送調(diào)制器、至少一套數(shù)字?jǐn)U頻解調(diào)器和至少一套搜索接收機(jī)。在一般工作期間，按需要將基站的調(diào)制解調(diào)器分配給各遠(yuǎn)端用戶單元或移動(dòng)用戶單元，以便向通信信號(hào)傳輸提供所分配的用戶單元。對(duì)于采用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的通信系統(tǒng)，這些調(diào)制解調(diào)器一般放在用專門天線和控制系統(tǒng)，以通過衛(wèi)星傳送信號(hào)的方法同用戶通信的基站(稱為關(guān)口站或網(wǎng)樞)。可能有與衛(wèi)星或關(guān)口站通信的其他相關(guān)控制中心，以維持系統(tǒng)的大范圍業(yè)務(wù)量控制和信號(hào)同步。
在圖1的總體概貌中畫出按本發(fā)明原理構(gòu)成和工作的一無線通信系統(tǒng)范例。圖1所示通信系統(tǒng)10在具有無線數(shù)據(jù)終端或電話機(jī)的遠(yuǎn)端或移動(dòng)用戶單元與系統(tǒng)基站之間進(jìn)行通信中，利用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)。大都市區(qū)的蜂窩區(qū)電話系統(tǒng)可能有幾百個(gè)這種陸上基站為幾千移動(dòng)用戶服務(wù)。使用衛(wèi)星的通信系統(tǒng)一般用較少的轉(zhuǎn)發(fā)器，每一轉(zhuǎn)發(fā)器服務(wù)的用戶較多，供散布在較大的地理區(qū)域。
如圖1所示，通信系統(tǒng)10采用含有提供系統(tǒng)范圍基站(或關(guān)口站)控制用的接口和處理電路系統(tǒng)控制器和交換機(jī)12(也稱為移動(dòng)電話交換局MTSO)?？刂破?2還對(duì)從公用交換電話網(wǎng)(PSTN)到相應(yīng)基站或關(guān)口站以傳給所需(或指定)用戶單元的電話呼叫，以及通過一個(gè)或多個(gè)基站從用戶單元接收并傳給PSTN的呼叫，進(jìn)行路由選擇。多數(shù)通信系統(tǒng)中的用戶單元一般不配置成直接相互通信，所以控制器12通過通過相應(yīng)的基站和PSTN連接用戶之間的呼叫，從而使用戶單元相互通信。用諸如專用電話線路、光纖鏈路或微波、專用衛(wèi)星通信鏈路等已知設(shè)備(但不限于此)，能建立將控制器12連接到各系統(tǒng)基站的通信鏈路。
圖1所示通信系統(tǒng)部分中，畫出兩個(gè)示范基站14和16用于陸上中繼通信，而且有兩個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器18和20，以及相關(guān)的關(guān)口站或網(wǎng)樞22、24。這些系統(tǒng)組成部分用于實(shí)現(xiàn)與具有蜂窩區(qū)移動(dòng)電話機(jī)(例，不限于此)等無線通信設(shè)備的2個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端用戶單元26、28的通信。雖然這些用戶單元按移動(dòng)進(jìn)行討論，但也要理解本發(fā)明的精神可適用于需要遠(yuǎn)端無線通信業(yè)務(wù)的固定用戶單元。該后一類業(yè)務(wù)尤其涉及用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器在世界上的許多遠(yuǎn)端區(qū)建立通信鏈路。
按嗜好的不同，有些通信系統(tǒng)中有時(shí)也將用戶單元稱為用戶終端，或簡(jiǎn)稱為“用戶”。此外，典型的通信系統(tǒng)采用大量用戶單元和比圖1所示2顆多的大量衛(wèi)星，其數(shù)量約為48顆或更多，在低地球軌道(LEO)的若干不同軌道面上運(yùn)行。然而，熟悉此技術(shù)者不難理解可如何將本發(fā)明的精神用于各種衛(wèi)星系統(tǒng)配置和關(guān)口站。
波束(點(diǎn)波束)和蜂窩區(qū)(或扇形區(qū))這兩個(gè)詞在技術(shù)上可相互交換稱呼，而且所服務(wù)的地理區(qū)域性質(zhì)相同，僅所用中繼平臺(tái)類型的物理特性及其位置不同，所以在本說明各處可交替使用。然而，上述平臺(tái)之間，某些傳輸路徑特性和對(duì)頻率、信道重復(fù)使用的約束各不相同。蜂窩區(qū)按基站信號(hào)的有效“到達(dá)”定義，而波束是衛(wèi)星通信信號(hào)射在地球表面所覆益的“斑點(diǎn)”。此外，扇形區(qū)通過覆蓋一蜂窩區(qū)內(nèi)的不同地理區(qū)域，而不同頻率的衛(wèi)星波束(有時(shí)稱為FDMA信號(hào))可覆蓋一公共地理區(qū)域。
基站和關(guān)口站這兩個(gè)詞有時(shí)也可互換使用，其中，關(guān)口站技術(shù)上當(dāng)作專用基站，通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器管理通信，要用配套設(shè)備執(zhí)行較多的“內(nèi)務(wù)處理任務(wù)”以通過移動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)器維持上述通信鏈路，而基站則利用陸地上的天線管理周圍地理區(qū)域中的通信。中央控制中心在與關(guān)口站和移動(dòng)衛(wèi)星交互作用時(shí)，一般要執(zhí)行較多的功能。
本實(shí)施例設(shè)想基站14和16分別在其天線輻射圖服務(wù)的獨(dú)立地理區(qū)域(“蜂窩區(qū)”)提供業(yè)務(wù)，而將衛(wèi)星18和20的波束導(dǎo)向覆蓋其他相應(yīng)的地理區(qū)域。不過，不難理解依據(jù)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和提供的業(yè)務(wù)，衛(wèi)星的波束覆蓋(服務(wù)區(qū))和陸上中繼器的天線輻射圖在一特定區(qū)域會(huì)完全或部分重疊。因此，在通信進(jìn)程的各點(diǎn)，不同地區(qū)或蜂窩區(qū)的服務(wù)基站或關(guān)口站之間要進(jìn)行交接切換，從而任何這些通信區(qū)域或裝置之間也會(huì)得到分集。
CDMA技術(shù)可形成的信號(hào)增益在用戶單元充分改變位置以跨入新基站、關(guān)口站或衛(wèi)星波束圖服務(wù)的區(qū)域時(shí)，可執(zhí)行“軟”越區(qū)切換方案。根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度和頻率利用度，一條通信鏈路可能同時(shí)由分別屬于2個(gè)關(guān)口站的2個(gè)調(diào)制解調(diào)器運(yùn)用，也可能在2個(gè)調(diào)制解調(diào)器之間轉(zhuǎn)換運(yùn)用。這樣，用戶單元在越區(qū)切換過程利用多個(gè)關(guān)口站調(diào)制解調(diào)器，從而關(guān)口站內(nèi)進(jìn)行處理必須傳送的數(shù)據(jù)量也增多。
圖1中，用線條30、32的系列分別表示基站14和用戶單元26、28之間的一些通信鏈路的信號(hào)路徑或“電路”。這些線條的箭頭按正、反向鏈路畫出通信鏈路信號(hào)方向的范例，但僅為清楚，不代表對(duì)實(shí)際信號(hào)模式或所需通信路徑的任何限制。同樣，基站16和用戶單元26、28之間的通信鏈路也用線條34、36分別表示。
為了通過衛(wèi)星18、20，在一個(gè)或多個(gè)關(guān)口站(或中央網(wǎng)樞)22、24和用元單元26、28之間建立通信，畫出了另外一些信號(hào)路徑。用線條40、42和44的系列表示這些通信鏈路的衛(wèi)星-用戶部分，而關(guān)口站-衛(wèi)星部分則用線條46、48、50和52表示。有些配置中，還能建立衛(wèi)星-衛(wèi)星直接通信，如通過線條54表示的鏈路。為了清楚，沒有畫出衛(wèi)星20與用戶單元26進(jìn)行通信，但依據(jù)具體系統(tǒng)配置和衛(wèi)星波束圖分布，肯定能進(jìn)行該通信。
當(dāng)前的CDMA無線電話或蜂窩區(qū)電話系統(tǒng)中，各基站或關(guān)口站還在其整個(gè)覆益區(qū)發(fā)送沒有數(shù)據(jù)調(diào)制的“導(dǎo)頻”信號(hào)。各扇形區(qū)一般有其獨(dú)特的導(dǎo)頻信號(hào)。用戶單元用該導(dǎo)頻信號(hào)取得初始系統(tǒng)同步和發(fā)送信號(hào)的時(shí)間、頻率、相位跟蹤。對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)來說，此信號(hào)在各衛(wèi)星波束中傳送，并由具體的關(guān)口站利用衛(wèi)星始發(fā)。各關(guān)口站或基站一般對(duì)所用的每一頻率發(fā)送一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)，并由從該發(fā)送源接收信號(hào)的全部用戶公用。利用其他一些信號(hào)發(fā)送擴(kuò)頻調(diào)制信息，如關(guān)口站標(biāo)識(shí)、系統(tǒng)定時(shí)、用戶播叫信息和其它各種控制信號(hào)。
每一關(guān)口站一般使用一獨(dú)特導(dǎo)頻信號(hào)(取決于全系統(tǒng)范圍的重復(fù)使用)，該信號(hào)用不同編碼相位偏移的相同PN碼生成。這樣使PN碼可便于相互區(qū)別，始發(fā)基站和關(guān)口站之間也便于區(qū)別，而且提供簡(jiǎn)便的捕獲和跟蹤。在整個(gè)通信系統(tǒng)用一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)碼序列，使用戶單元可利用各編碼相位的相關(guān)過程，以對(duì)所有導(dǎo)頻信號(hào)碼相位的一次搜索找到系統(tǒng)定時(shí)同步。
另一方面，通信系統(tǒng)中使用一系列的PN碼，各關(guān)口站用的PN碼不同，各衛(wèi)星面也可能不同。熟悉此技術(shù)者不難明白可按需要的多少分配PN碼，以識(shí)別通信系統(tǒng)中的具體信號(hào)源或轉(zhuǎn)發(fā)器。即可按需要將PN碼用于區(qū)分系統(tǒng)內(nèi)的各轉(zhuǎn)發(fā)器或信號(hào)源，但取決于通信道的總數(shù)和對(duì)系統(tǒng)內(nèi)可尋址用戶數(shù)最多的期望。
通信系統(tǒng)還會(huì)使用另一種信號(hào)(稱為播叫信號(hào)或信道)將消息發(fā)給用戶單元，以表示呼叫或某種通信信息已“到達(dá)”關(guān)口站并“保留”給這些單元。播叫信號(hào)一般提供用戶起動(dòng)通信鏈路時(shí)用的適當(dāng)信道分配，并請(qǐng)求指定用戶單元應(yīng)答。
按實(shí)際不重疊(或不相交)的形式設(shè)計(jì)基站服務(wù)的地理區(qū)域，該形式通常使用戶單元-基站的距離比另一基站近，或者位于蜂窩區(qū)分裂的扇形區(qū)。由于用戶單元及其信號(hào)強(qiáng)度的不同，而不是與衛(wèi)星的相對(duì)遠(yuǎn)近，盡管決定因素出現(xiàn)在衛(wèi)星所發(fā)的具體波束圖中，衛(wèi)星通信也和上述情況一樣。此外，波束會(huì)在特定區(qū)域重疊，但可用頻率等某些傳輸特性區(qū)分。圖1中，可認(rèn)為用戶單元28用于陸上業(yè)務(wù)時(shí)最靠近基站16，但在衛(wèi)星18或20的覆蓋內(nèi)用于關(guān)口站業(yè)務(wù)。
呼叫發(fā)起時(shí)，用戶單元28傳送控制消息給最鄰近的基站16或適當(dāng)?shù)男l(wèi)星關(guān)口站22。收到呼叫請(qǐng)求消息，基站16就傳送被叫號(hào)碼給系統(tǒng)控制器12，該控制再通過PSTN將呼叫接給預(yù)定接收者。另一方面，關(guān)口站22通過衛(wèi)星18建立通信鏈路，并接收呼叫請(qǐng)求消息，傳送給系統(tǒng)控制器12按上面所述那樣進(jìn)行處理。
PSTN中或與另一用戶單元發(fā)出一用戶單元的呼叫請(qǐng)求或消息鏈路請(qǐng)求時(shí)，控制器12一般對(duì)一預(yù)定區(qū)內(nèi)的所有基站或關(guān)口站發(fā)送呼叫信息，目標(biāo)用戶單元或者已知在該區(qū)(如根據(jù)先前的消息)，或者預(yù)計(jì)在該區(qū)(如處于“歸屬”區(qū)域)。關(guān)口站和基站又在各自的覆蓋區(qū)為預(yù)定接收者發(fā)送播叫消息。檢出播叫消息時(shí)，用戶單元對(duì)最靠近的基站應(yīng)答控制消息，或通過衛(wèi)星對(duì)關(guān)口站應(yīng)答該消息。此控制消息通知系統(tǒng)控制器12哪個(gè)關(guān)口站、衛(wèi)星或基站在與用戶單元通信。于是，控制器12將呼入消息或呼叫通過該關(guān)口局鏈路轉(zhuǎn)接給該用戶單元。倘若用戶單元(圖中的28)離開先前所選衛(wèi)星18或關(guān)口站22(或24)的覆蓋區(qū)，則借助通過其他衛(wèi)星轉(zhuǎn)接通信信號(hào)，試行延續(xù)通信鏈路，直到必須用另一關(guān)口站或基站。為這類通信運(yùn)用額外通信鏈路又給關(guān)口站增加信號(hào)處理。
通過經(jīng)陸上中繼器系統(tǒng)的2個(gè)或多個(gè)基站或空間轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的2條或多條衛(wèi)星波束或者個(gè)體衛(wèi)星，同時(shí)接一移動(dòng)用戶的多條鏈路提供多信號(hào)路徑，可得空間分集(或路徑分集)。即獲得在衛(wèi)星通信環(huán)境或?qū)κ覂?nèi)通信而言，利用多通信路徑或多副天線為一個(gè)用戶周密安排收、發(fā)信，可得路徑分集。此外，可獲得路徑分集的方法還有使跨越傳播延遲各不相同的各路徑到達(dá)的信號(hào)可就各路徑進(jìn)行接收和處理，從而利用多路徑環(huán)境。如果有2條或多條路徑可用，且其遲延差足夠大，假設(shè)大于1微秒，則要用2個(gè)或多個(gè)接收機(jī)分別接收這些信號(hào)。由于這些信號(hào)通常呈現(xiàn)獨(dú)立衰落和其他傳播特性，接收機(jī)能分別處理，并由分集合并器將輸出合并，以提供最終輸出信息或數(shù)據(jù)，從而克服單一路徑中存在的困難。
在1992年3月31日提出的5101501號(hào)美國(guó)專利(題為“CDMA蜂窩區(qū)電話系統(tǒng)的軟越區(qū)切換”)和1992年4月28日提出的5109390號(hào)美國(guó)專利(題為“CDMA蜂窩區(qū)電話系統(tǒng)的分集接收機(jī)”)中提出多址聯(lián)接通信中采用路徑分集的例子。此二專利均轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人，援引于此供參考。
雖然陸上中斷器和基站已在使用上占優(yōu)勢(shì)，但將來的系統(tǒng)會(huì)較側(cè)重于采用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器提供較廣闊的地理覆蓋，接通較多的“遠(yuǎn)端”用戶，取得真正的“全球”通信服務(wù)。不幸的是，通信系統(tǒng)擴(kuò)充全球網(wǎng)結(jié)構(gòu)和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的新應(yīng)用產(chǎn)生中央控制站和關(guān)口站處理大量通信鏈路的新問題。
擴(kuò)頻通信系統(tǒng)(如圖1)采用以直接序列偽噪聲(PN)擴(kuò)頻載波為基礎(chǔ)的波形。即獲得用偽噪聲序列調(diào)制基帶信號(hào)，以取得擴(kuò)頻效果。PN序列包括一些頻率比被擴(kuò)頻的基帶通信信號(hào)高得多的“籌元”。典型的籌元速率為12288MHz左右，并根據(jù)所需總帶寬(或可容許信號(hào)干擾)以及本技術(shù)熟悉者已知的其他涉及信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量的指標(biāo)選擇。鑒于費(fèi)用限制和通信質(zhì)量的折衷，本技術(shù)熟悉者贊賞按所分配的頻譜修改籌元速率的方法。
基站(或關(guān)口站)至用戶的鏈路中，由分別具有不同性能和提供不同功能的兩種序列構(gòu)成擴(kuò)展頻譜用的二進(jìn)制序列?！巴獠俊贝a用于鑒別不同基站發(fā)的信號(hào)和各種多路徑信號(hào)。此外部碼由一個(gè)蜂窩區(qū)(或一條波束)內(nèi)的所有信號(hào)共用，通常是比較短的PN碼序列。“內(nèi)部”碼則用于鑒別一區(qū)域內(nèi)的不同用戶或一基站、關(guān)口站(或一波束)在正向鏈路上發(fā)的用戶信號(hào)。即，各用戶單元通過使用其獨(dú)特的覆蓋PN碼序列，分別有自己的正向鏈路正交信道。在反向鏈路上，用戶信號(hào)不完全正交，但用調(diào)制碼元的方法識(shí)別。
技術(shù)上已熟知，能建立一個(gè)有n個(gè)長(zhǎng)度為n的正交二進(jìn)制序列(n為2的冪)的集。這方面在《數(shù)字通信及其在太空中的應(yīng)用》(Digital Communicationswith Space Applications)(S.W.Golomb等著，Prentice-Hall于1964年出版)第45～64頁(yè)等著作中有論述。實(shí)際上，對(duì)長(zhǎng)度為4的倍數(shù)但小于200的多數(shù)序列已求出其正交二進(jìn)制序列集。此類序列中一種較易生成的稱為沃爾什(Walsh)函數(shù)或阿達(dá)瑪爾(Hadamard)矩陣。
n階Walsh函數(shù)可遞歸定義為 式中，W*表示W(wǎng)的“邏輯非”，而且W(1)＝0。于是，一Walsh序列就是Walsh函數(shù)矩陣各行中的一行，n階Walsh函數(shù)具有n個(gè)長(zhǎng)度各為n比特的序列。
n階Walsh函數(shù)(和其他正交函數(shù))所具有的特性為如果各序列時(shí)間上對(duì)準(zhǔn)，則在碼元串中n個(gè)碼元的期間，該集內(nèi)所有不同序列之間的交叉相關(guān)為零。通過觀察各序列中剛一半的比特與其它各序列的比特不同，不難理解上述特性。另一有用的特性總有一個(gè)序列由全“0”組成，而其他所有序列則一半為“1”，一半為“0”。因此，Waslh函數(shù)很適合用作通信系統(tǒng)中的正交碼或正交碼序列。
技術(shù)上也知道，在數(shù)字值變換為有助于信號(hào)處理的電壓躍遷的情況下，Walsh函數(shù)可用“+1”和“-1”表示(實(shí)數(shù)狀態(tài))。在此方法中，全“0”函數(shù)變成全“+1”或全“-1”函數(shù)，而其他各序列則一半為“+1”，一半為“-1”。
通信系統(tǒng)中可用許多載波波形，其中包括一典型實(shí)施例采用由一對(duì)二進(jìn)制PN序列作4相相位調(diào)制的正弦載波。此方法中，2個(gè)序列長(zhǎng)度相同的PN發(fā)生器生成上述序列。一個(gè)序列對(duì)載波的同相信道(I信道)作2相相位調(diào)制，另一序列對(duì)載波的正交信道(Q信道)作2相相位調(diào)制。所得信號(hào)相加，形成復(fù)合4相載波。
在一典型配置中，關(guān)口站(或基站)發(fā)的所有信號(hào)共用以相互存在90度相移用于I信號(hào)和Q信道的外部PN碼。如上所述，這些信號(hào)也以用Walsh函數(shù)生成的內(nèi)部碼擴(kuò)頻。所用Walsh函數(shù)的階數(shù)n一般約為64或128，使關(guān)口站至用戶的鏈路對(duì)多載波頻率產(chǎn)生多達(dá)128的正交通信信號(hào)或正向鏈路信道。對(duì)一波束中的一個(gè)頻率，可將這些系列中的3個(gè)專門用于導(dǎo)頻、同步和播叫信道。對(duì)一特定用戶尋址的信號(hào)乘以外部PN序列，再乘以該用戶正向鏈路或信息傳送期間由關(guān)口站或通信系統(tǒng)控制器分配的特定Walsh序列(或Walsh籌元序列)。
因?yàn)轭A(yù)定義地理覆蓋區(qū)域用的外部PN碼各不相同，所以相鄰的蜂窩區(qū)、扇形區(qū)或其他區(qū)域可重復(fù)使用內(nèi)部Walsh函數(shù)。信號(hào)從2條或多條衛(wèi)星波束(關(guān)口站)達(dá)到一特定用戶處的傳播時(shí)間不同，這意味著不能按同時(shí)維持多個(gè)蜂窩區(qū)Walsh函數(shù)正交性的要求，保持信號(hào)完全時(shí)間對(duì)準(zhǔn)。依靠外部PN鑒別從不同關(guān)口站收到的信號(hào)。然而，從關(guān)口站通過一衛(wèi)星波速發(fā)送的所有信號(hào)均相互正交，實(shí)際上相互沒有干擾。這就大量消除多數(shù)地方的干擾，可得較大的容量。
在同步、播叫和話音(或業(yè)務(wù)信道)信號(hào)中，輸入數(shù)據(jù)(如數(shù)字話音)一般加以編碼，配上重復(fù)，再進(jìn)行交錯(cuò)，以提供檢錯(cuò)和糾錯(cuò)功能。這使得通信系統(tǒng)能以較低的信噪比和信擾比運(yùn)轉(zhuǎn)。重復(fù)處理保證數(shù)據(jù)以預(yù)定的速率傳送。例如，在一數(shù)據(jù)幀內(nèi)，4800bps的數(shù)據(jù)可重復(fù)一次，2400bps的數(shù)據(jù)可重復(fù)4次，以獲得所需的9600bps速率。編碼、重復(fù)和交錯(cuò)等技術(shù)本行業(yè)中已熟知。于是，各信道的糾錯(cuò)編碼碼元流中的碼元乘以所分配的Walsh碼序列(如上文所述)，再乘以外部PN碼。然后，所得各信號(hào)的擴(kuò)頻碼元流相加，形成復(fù)合波形。
又將所得復(fù)合波形調(diào)制在正弦載波上，并進(jìn)行帶通濾波，轉(zhuǎn)換為所需工作頻率，放大后，由天線系統(tǒng)發(fā)射。另一實(shí)施例將形成關(guān)口發(fā)送信號(hào)的這些操作，有些順序相互變換。例如，可選用各話音信道乘以外部PN碼波形，并在要發(fā)送的所有信道信號(hào)相加之前進(jìn)濾波。相加可在若干不同處理點(diǎn)完成，例如在中頻，或者在乘以PN序列前或后的基帶頻率等處均可。本行業(yè)中熟知，線性操作的順序可互換，以獲得各種實(shí)現(xiàn)方面的好處和各種設(shè)計(jì)。
圖2中更詳細(xì)地說明實(shí)現(xiàn)CDMA系統(tǒng)所用基站或關(guān)口站設(shè)備的設(shè)計(jì)范例。在一典型基站中，一般利用至少2個(gè)接收機(jī)部分，各部分有各自的模擬接收機(jī)和天線，以旋行空間分集接收。在關(guān)口站，如上文所述，采用多部模擬接收機(jī)實(shí)現(xiàn)頻率分集。即，關(guān)口站中，各模擬接收機(jī)從不同的衛(wèi)星波束或分波束接收不同頻率的信號(hào)。按照需要和費(fèi)用允可范圍，也用一些分立天線進(jìn)行一些信號(hào)接收。在上述兩種情況下，各接收機(jī)部分對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行實(shí)質(zhì)上相同的處理后，進(jìn)行分集合并過程。虛線內(nèi)的組成部分對(duì)應(yīng)于一基站(或關(guān)口站)與一用戶單元之間的通信管理單元。模擬接收機(jī)(或接收機(jī)部分)的輸出也提供給其他要用于施行與別的用戶單元通信的組成部分。
圖2所示關(guān)口站的收發(fā)信機(jī)或調(diào)制器/解調(diào)器部分具有第一接收機(jī)部分，該部分用天線60接收通信信號(hào)，并連接將信號(hào)下變頻、放大且數(shù)字化的模擬接收機(jī)62。模擬接收機(jī)62將數(shù)字化信號(hào)輸出給至少一個(gè)搜索接收機(jī)64和至少一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解調(diào)器66A。各解調(diào)器形成搜尋型接收機(jī)的一個(gè)搜尋指。用附加數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解調(diào)器66B～66N取得運(yùn)行中各用戶單元或通信電路的信號(hào)分集，此部分有些系統(tǒng)設(shè)計(jì)中為任選項(xiàng)。分配各搜尋指(或解調(diào)器)跟蹤并解調(diào)沿交變路徑運(yùn)行的用戶通信信號(hào)。這些解調(diào)器解調(diào)過程采用略為不同的定時(shí)，且相位差至少為一個(gè)PN籌元周期。此法提供在多路徑信號(hào)有多種可能性的情況下很有好處的分集方式。此外，還可按需要由通信系統(tǒng)有意形成多路徑信號(hào)，以改善鏈路。
關(guān)口站一般具有附加接收機(jī)部分，以接納附加載波頻率的通信信號(hào)或采用其他不同參數(shù)的信號(hào)。這部分圖2中用包含第二天線70、第二模接收機(jī)74和第二套數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解調(diào)器76A～76N的第二接收機(jī)部分表示。然而，關(guān)口站中一般采用許多這種接收機(jī)部分，以便在任何特定時(shí)間接納全部在處理的衛(wèi)星波束和分波束。至少有一關(guān)口站控制處理機(jī)78接至解調(diào)器66A～66N、76A～76N和搜索接收機(jī)64、74?？刂铺幚頇C(jī)78提供命令和控制信號(hào)，以及一些數(shù)據(jù)通路，以實(shí)現(xiàn)各種功能，以信號(hào)處理、定時(shí)信號(hào)生成、電源和越區(qū)切換控制、分集、分集合并和與MTSO的系統(tǒng)接口等等?？刂铺幚頇C(jī)78執(zhí)行的另一主要任務(wù)是為用戶通信分配Waslsh序列、發(fā)射機(jī)和解調(diào)器。
數(shù)據(jù)解調(diào)器66A～66N、76A～76N輸出的信號(hào)接至一個(gè)或多個(gè)分集合并器和譯碼器80，后者用于合并為一共同用戶單元的接收機(jī)輸出的信號(hào)，并將合并后的信號(hào)輸出給數(shù)字鏈路82。數(shù)字鏈路82還接到控制處理機(jī)78、發(fā)送調(diào)制器84，而且一般還連接MTSO數(shù)字交換機(jī)或通信網(wǎng)。數(shù)字鏈路82用于控制管理按照需要在分集合并器和譯碼器80、MTSO網(wǎng)以及一個(gè)或多個(gè)關(guān)口站發(fā)送調(diào)制器84之間傳送譯碼、非編碼和編碼數(shù)據(jù)，這些操作全由控制處理機(jī)78控制。
圖3較詳細(xì)畫出模擬接收機(jī)62。如圖3所示，天線60接收的信號(hào)接至下變頻器部分100，該部分根據(jù)需要在射頻(RF)放大器102以輸入的RF頻率將信號(hào)放大后，在混頻器106與參考頻率信號(hào)源104的輸出混頻，將已放大的RF信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻(IF)信號(hào)。所得IF信號(hào)經(jīng)低通濾波器(LPF)108傳至IF放大器112，為另一下變頻器部分110進(jìn)一步放大信號(hào)。下變頻器110在信號(hào)傳至以適當(dāng)時(shí)鐘速率將其數(shù)字化的模擬-數(shù)字(A/D)變換器122之前，將已放大的IF信號(hào)變換成所需基帶頻率。對(duì)本實(shí)施例，一般使用9.8304MHz左右的時(shí)鐘速率，這是PN籌元速率的8倍。下變頻器110使用參考頻率信號(hào)源114和混頻器116，而且后面接有帶通濾波器(BPF)118和帶通放大器120。雖然A/D變換器122畫作形成接收機(jī)62的一部分，但也不難放在解調(diào)電路的別處，例如形成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解調(diào)器66、76或搜索放大器64、74的緊密部分。
本例中，A/D變換器122輸出到解調(diào)器66和搜索接收機(jī)74的數(shù)字化信號(hào)由合并的I、Q信道信號(hào)組成。然而，熟悉本技術(shù)者不難贊同可將A/D變換器122做成在I、Q信道數(shù)字化之前用2條分立的A/D變換器通路將信道分開，而是分開模擬-數(shù)字變換后的數(shù)字I、Q信道信號(hào)。這樣分離僅僅改變用于傳送數(shù)據(jù)給其他接收機(jī)組成部分的數(shù)據(jù)總線的特性和各接收機(jī)所關(guān)聯(lián)輸入端的數(shù)目。技術(shù)上已熟知RF-IF-基帶效率變換和I、Q信道信號(hào)模擬-數(shù)字變換的各種方案。第二接收機(jī)部分用與對(duì)圖2中第一接收機(jī)部分討論的相同方法，處理所接收的通信信號(hào)。
從解調(diào)器66A～N和76A～N輸出加權(quán)碼元，并作為輸入提供給分集合并器和譯碼電路80。合并器和譯碼器80包括將解調(diào)器66A～N和76A～N所輸出碼元的兩組加權(quán)系數(shù)相加的加法器。一致性取決于信號(hào)導(dǎo)向哪個(gè)用戶或通信鏈路(或電路)用于哪些至少代表一條通信的信號(hào)。然后，檢查所得組合系數(shù)，或?qū)⑵湎嗷ケ容^，以確定其中的最大系數(shù)值；該最大系數(shù)值又用來確定電路80中實(shí)現(xiàn)譯碼器用的一組譯碼器權(quán)值和碼元。例如Viterbi算法譯碼器可用此信息決定最大似然信息比特序列。
來自通信系統(tǒng)內(nèi)MTSO或其他合并器的信號(hào)用數(shù)字鏈路82接至適當(dāng)?shù)陌l(fā)送調(diào)制器，以發(fā)給接收用戶。用來構(gòu)成數(shù)字鏈路82的電路已熟知，一般包括已知的各種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)交換和存儲(chǔ)元件。發(fā)送調(diào)制器84對(duì)發(fā)送給預(yù)定接收用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，并將所得信號(hào)提供給對(duì)呼出信號(hào)所用發(fā)送功率進(jìn)行控制的發(fā)送功率控制器86。關(guān)于范例發(fā)送調(diào)制器84的結(jié)構(gòu)和工作的更詳細(xì)情況在5103459號(hào)美國(guó)專利(題為“CDMA蜂窩區(qū)電話中生成信號(hào)波形的系統(tǒng)和方法”)中有討論。該專利轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人，援引在此供參考。
功率控制器86的輸出在加法裝置88中與在相同發(fā)射頻率上將輸出導(dǎo)向其他用戶單元的發(fā)送調(diào)制器/功率控制器的輸出相加。加法器88的輸出提供給模擬發(fā)信機(jī)90進(jìn)一步在所需頻率上放大后，輸出到天線92，以通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)射給用戶單元?？刂铺幚頇C(jī)78還控制導(dǎo)頻、同步信道和播叫信道信號(hào)的生成和功率，以及這些信號(hào)與其他信號(hào)相加并輸出到天線92之前與功率控制器86的連接。
關(guān)口站用搜索接收機(jī)74掃描有關(guān)接收時(shí)域的用戶始發(fā)信號(hào)，以確保所關(guān)聯(lián)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)66、76(如果工作的話)跟蹤并處理最強(qiáng)的可用時(shí)域信號(hào)。控制處理機(jī)一般用搜索接收機(jī)判決將哪些解調(diào)器分配給模擬輸出。搜索接收機(jī)74提供一信號(hào)給關(guān)口控制處理機(jī)78，處理機(jī)78又提供控制信號(hào)給數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解調(diào)器66、76，以選擇合適的接收信號(hào)輸入(定時(shí))作進(jìn)一步處理。然后，各解調(diào)器負(fù)責(zé)用一種已知技術(shù)跟蹤正在接收的信號(hào)的定時(shí)。
一種已知跟蹤技術(shù)是“前/后相關(guān)”法。該法使接收信號(hào)與其前、后的本地參考PN序列相關(guān)。若無定時(shí)誤差，則這些相關(guān)值之差平為零。反之，有定時(shí)誤差，則指示該誤差的大小和符號(hào)，并相應(yīng)調(diào)整解調(diào)器的定時(shí)，借助鎖定檢測(cè)器，前后相關(guān)定時(shí)環(huán)路用于鎖定或跟蹤載波信號(hào)的頻率和相位。
關(guān)口站接收機(jī)的信號(hào)處理與用戶單元中相同部分進(jìn)行的信號(hào)處理不同。如前文所述，關(guān)口站一般發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)，并用單一正交碼序列覆蓋正在傳送給各用戶單元的數(shù)據(jù)碼元。反之，盡管費(fèi)用和技術(shù)上允許，用戶單元也不另行發(fā)送關(guān)口站進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)可用作相關(guān)參考的導(dǎo)頻信號(hào)。因此，用戶至關(guān)口站(或蜂窩區(qū))的鏈路一般以非相關(guān)調(diào)制和解調(diào)為特征。這種方案中，用戶單元對(duì)碼元組采用若干正交函數(shù)(本例為每6個(gè)碼元64個(gè)Walsh編碼序列)，將數(shù)據(jù)碼元編碼。即，用各6數(shù)據(jù)碼元組中的二進(jìn)制值從64個(gè)Walsh編碼中選擇1個(gè)，而且該編碼為此預(yù)先分配參考號(hào)。在接收端，檢出各Walsh編碼，并按預(yù)先選擇的參考號(hào)樣式變換成相應(yīng)的碼元序列，得出原來的6個(gè)碼元，進(jìn)一步處理以提供數(shù)據(jù)。
圖4給出圖2中部分畫出的關(guān)口站22、24的通信信號(hào)接收部分。如圖4所示，有一個(gè)包含“M”部模擬接收機(jī)62的陣列，各接收機(jī)至少連接一相應(yīng)的天線66，并采用一相應(yīng)的A/D變換器122M(未畫出)?？砂葱枰褂枚嗖刻炀€，特別是用于多衛(wèi)星或多星位時(shí)。多A/D變換器在數(shù)據(jù)總線160上為一系列解調(diào)單元66MN提供數(shù)字式數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)碼元流。借助于下標(biāo)M，不用號(hào)碼76指明第二解調(diào)器組。該下標(biāo)表示使用與信號(hào)處理部分關(guān)聯(lián)的天線陣，任何給定時(shí)間關(guān)口站在接收的模擬輸入路徑或模擬信號(hào)多達(dá)M個(gè)。M的值取決于本技術(shù)領(lǐng)域已知的具體通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，其典型值為每頻道32左右，但小于或等于64，與接收機(jī)數(shù)一致，如上文所述。又，所用模擬接收機(jī)數(shù)極大部分取決于關(guān)口站要接納的衛(wèi)星數(shù)和波束通信信號(hào)數(shù)(頻率數(shù)和路徑數(shù))。
N的值取決于模擬接收機(jī)所處理各載波信號(hào)要接納的通信信道數(shù)或用戶單元信號(hào)數(shù)。此數(shù)當(dāng)前接近的極限為128(Walsh碼長(zhǎng)度為n)，其原因在于每一信號(hào)路徑(或輸入)要有至少128個(gè)信息信道以跟蹤125個(gè)用戶和導(dǎo)頻、同步及播叫等信號(hào)。如果N小于128，即N小于n，則只在中、低數(shù)量用戶接用期間能進(jìn)行合理的分集，但當(dāng)系統(tǒng)容量接近全滿時(shí)，例如配合各M的N都用于不同用戶，分集就不能進(jìn)行。即，只要第M模擬路徑的工作用戶少于n，對(duì)各第M模擬路徑的用戶數(shù)就能分集。一旦該工作用戶數(shù)達(dá)到或超過，即不能再分集。
因此，對(duì)于希望中等業(yè)務(wù)量的系統(tǒng)，N的值應(yīng)為128左右，以確保所有M模擬輸入信道中各用戶單元信號(hào)的分集接收。同時(shí)，在此上限值的情況下，NM的值(信道總數(shù)乘以模擬接收機(jī)總數(shù))接近4096或其以上的解調(diào)器。如此過大數(shù)量的解調(diào)器總要浪費(fèi)資源，而且系統(tǒng)的組成和管理很復(fù)雜。已發(fā)現(xiàn)為M部模擬接收機(jī)中各接收機(jī)的中等數(shù)量欺望用戶的每一個(gè)僅提供4～6個(gè)左右的解調(diào)器，系統(tǒng)容量就不夠。因此，多數(shù)系統(tǒng)NM總要限制為256～382個(gè)左右的解調(diào)裝置。
根據(jù)所用模擬接收機(jī)和解調(diào)器的數(shù)量，不準(zhǔn)理解內(nèi)部數(shù)據(jù)總線160在各組成部分之間傳送的數(shù)據(jù)非常大，這些總線的控制功能非常復(fù)雜。例如，通信系統(tǒng)10中的典型數(shù)據(jù)速率為9600bps。因?yàn)橛霉潭ㄋ俾实男盘?hào)有好處，即使數(shù)據(jù)(如低密度數(shù)據(jù)或話音)以較低的速率發(fā)出，也要進(jìn)行重復(fù)，以提供9600bps的固定定時(shí)數(shù)據(jù)幀。一般將數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和交錯(cuò)，形成每秒9600編碼碼元，再用擴(kuò)頻序列調(diào)制，從而變成1.2288Mbps的通信信號(hào)。
當(dāng)數(shù)據(jù)從接納的各衛(wèi)星經(jīng)各模擬信號(hào)路徑到達(dá)時(shí)，各天線60(或天線輸入)和相應(yīng)的模擬接收機(jī)62M將所收通信信號(hào)的數(shù)據(jù)供給數(shù)據(jù)總線160。因此，對(duì)于30部或更多的接收機(jī)從4顆或更多衛(wèi)星分別接收信號(hào)的情況，數(shù)據(jù)傳輸速率接近5Gbps或更高。此速率由本系統(tǒng)的PN碼籌元速率(1.2288Mbps)決定，而且采用I、Q信道接收信號(hào)(X2)均8倍過取樣(×8)和每樣本4比特(×4)。這些參數(shù)可得80Mbps每載頻(或每衛(wèi)星波束)左右的數(shù)據(jù)速率(因?yàn)?.2288×8×2×4＝78.64Mbps)。如果任何時(shí)間用每衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器16波束(×16)與通信系統(tǒng)中多達(dá)4顆的衛(wèi)星通信(×4)，則一關(guān)口站內(nèi)所有M部模擬接收機(jī)在總線160上傳送的數(shù)據(jù)，其速率接近5Gbps或更高(78.64×16×4＝5.033Gbps)。
此外，由于解調(diào)器數(shù)量多，關(guān)口站中實(shí)現(xiàn)此電路設(shè)計(jì)，將信號(hào)再傳至各模擬接收機(jī)所用全部解調(diào)器所需的布線(或布纜)變得很復(fù)雜。這點(diǎn)導(dǎo)致敷設(shè)費(fèi)用增加且可靠性降低。據(jù)估計(jì)，即使簡(jiǎn)單的關(guān)口站總體結(jié)構(gòu)，也要用2000～3000條電纜傳送信號(hào)。
為了對(duì)一戶用單元用以通信的具體關(guān)口站解調(diào)器發(fā)送的擴(kuò)頻信號(hào)譯碼，必須生成并應(yīng)用相應(yīng)的PN碼系列。各解調(diào)器66MN(66N或76N)中可用若干解調(diào)技術(shù)，圖5和6畫出其中的兩種。然而，熟悉此技術(shù)者不難發(fā)現(xiàn)這只是為了說明采用目前的通信系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，總線160中結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。在本發(fā)明精神范圍內(nèi)可用其他解調(diào)技術(shù)，而且所作說明毫無限制本發(fā)明運(yùn)作之意。
如圖5中所示技術(shù)說明例那樣，將數(shù)字化I、Q信道信號(hào)或A/D變換器的數(shù)據(jù)取樣和解調(diào)器66產(chǎn)生的相應(yīng)PN′I和PN′Q序列一起，輸入到PNQPSK相關(guān)器124。QPSK相關(guān)器(或解擴(kuò)頻器)124將復(fù)合I、Q分量信號(hào)取樣解擴(kuò)散，以便提取所發(fā)送的I、Q信道數(shù)據(jù)碼元。此方法中，每解調(diào)器包括2個(gè)PN發(fā)生器114、116，分別生PNI和PNQ序列作為同相(I)信道和正交(Q)信道的PN序列?？刂铺幚頇C(jī)78提供定時(shí)和順序控制信號(hào)給此二發(fā)生器。上述兩個(gè)N序列代表與前文所述調(diào)制方案中關(guān)口站調(diào)制解調(diào)器和所有用戶單元公用的短外部PN碼序列。5228054號(hào)美國(guó)專利指示上述PN發(fā)生器電路。該專利1993年7月13日提出，題為“快速偏置調(diào)整且列長(zhǎng)為2的冪的偽噪聲序列發(fā)生。該專利轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人，援引在此供參考。
圖5的裝置中，解調(diào)器66MN還可包括長(zhǎng)編碼PN發(fā)生器118，生成用戶專用長(zhǎng)PN碼序列PNu，用于在特定通信鏈路期間與用戶單元通信?？捎冒瓷鲜鲇猛九渲玫母鞣N已知元件構(gòu)成PN發(fā)生器118。例如，可用最大線性序列發(fā)生器，生成按用戶單元地址或裝置電子標(biāo)識(shí)(ID)等附加因素作時(shí)間偏移的甚長(zhǎng)PN碼。一般用關(guān)口站(或MTSO12)提供給用戶單元的“準(zhǔn)備”信息，在中央處理機(jī)78的控制下選擇所用的特定PN碼。這種序列可按需要加以動(dòng)態(tài)改變，而且可將其刪削，以取得所需長(zhǎng)度。另一方面，可按需要利用諸如采用數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES)的加密器等非線性密碼發(fā)生器代替PN發(fā)生器118。
將發(fā)生器118的Walsh碼序列邏輯合并，其方法為對(duì)分別在一對(duì)邏輯元件120、122中的PNI和PNQ序列，用乘法或者在有些配置中用“異”運(yùn)算合并，以提供序列PN′I和PN′Q。PN′I和PN′Q又傳送到PNQPSK相關(guān)器124，使I、Q信道數(shù)與此二項(xiàng)列相關(guān)，并分別提供相關(guān)I、Q信道輸出給一對(duì)累加器126A、126B。因此，由用戶專用PN碼序列和短編碼PNI、PNQ序列將關(guān)口站從用戶單元收到的(數(shù)字化)通信信號(hào)解調(diào)。
累加器126A、126B匯集碼元數(shù)據(jù)，并加以暫時(shí)存儲(chǔ)一段預(yù)定時(shí)間，例如一個(gè)Walsh碼元周期或256籌元周期。在一實(shí)施例中，此時(shí)間對(duì)應(yīng)于1/4800秒，即每秒4800碼元，但也可用其他速率。累加器主要將數(shù)據(jù)從串行碼元流變換為并行碼元集。累加器126A、126B的輸出是I、Q信號(hào)分量(或信道)各自的碼元數(shù)據(jù)，并以4800碼元/秒的速率輸入到快速Hadamard變換(FHT)器件128。數(shù)據(jù)輸出后，累加器126A、126B就復(fù)位(清零)，以便累加下一取樣集。
FHT器件128作為Walsh碼變換器起作用，即把64個(gè)Walsh籌元的每個(gè)集(或序列)變換為接收信號(hào)能量與代表用戶單元所發(fā)原編碼數(shù)據(jù)的64個(gè)Walsh函數(shù)(或編碼序列)中的一個(gè)相對(duì)應(yīng)的似然量度(或估計(jì))。FHT128的實(shí)際輸出包含關(guān)于所發(fā)送編碼的量度，該量度必須進(jìn)一步處理，以決定非相關(guān)解調(diào)方案中的傳輸內(nèi)容。所得信道數(shù)據(jù)從FHT器件128輸出到分集合并器和譯碼器，與其他信號(hào)路徑的數(shù)據(jù)合并，進(jìn)行解交錯(cuò)和譯碼。
在第二方法中，解碼器配置成接收所分配通信信道上的信號(hào)，將其解擴(kuò)頻后，將該信號(hào)的取樣群變換為具體取樣與具體正交碼相對(duì)應(yīng)的群置信量度。然后，將最大置信號(hào)度及其對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)數(shù)據(jù)碼元用于生成軟判決數(shù)據(jù)。又將各接收數(shù)據(jù)幀中的軟判決數(shù)據(jù)進(jìn)行解交錯(cuò)后，用于生成軟判決轉(zhuǎn)移量度，再用已知譯碼技術(shù)將該量度用來生成估計(jì)的數(shù)據(jù)比特。
圖6畫出實(shí)現(xiàn)上述步驟的示范結(jié)構(gòu)，其中用雙最大值量度發(fā)生器形成最大似然譯碼技術(shù)用的軟判決轉(zhuǎn)移量度。此結(jié)構(gòu)還允許一個(gè)雙最大值量度發(fā)生器橋接多個(gè)譯碼器。此技術(shù)在序列號(hào)為08/083110的共同待批美國(guó)專利申請(qǐng)中有更詳細(xì)的介紹。該申請(qǐng)題為“采用雙最大值量度生成過程的非相關(guān)接收機(jī)”，已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人，援引在此供參考。
用信號(hào)分路器130將輸入信號(hào)又分離為I、Q分量后，分別在乘法器136、138中乘以2個(gè)PN發(fā)生器132、136的PNI和PNQ編碼序列。此乘法過程得到的乘積分別在累加器140、142中累加后，接著輸出到一組正交碼變換器146、148，確定數(shù)據(jù)碼元代表的Walsh碼。
將預(yù)定數(shù)量的取樣信號(hào)(如64個(gè))獨(dú)立輸入包含快速Hadamard變換器的正交碼變換器144、148，該快速Hadamand變換器生成多個(gè)輸出信號(hào)(輸入64個(gè)取樣長(zhǎng)度組時(shí)為64個(gè))。各變換器的輸出對(duì)應(yīng)于具體取樣信號(hào)組與具體正交碼相對(duì)應(yīng)的置信量度。此外，各變換器輸出信號(hào)有一相關(guān)的隱式或顯式標(biāo)號(hào)數(shù)據(jù)碼元，該碼元表示變換器輸出信號(hào)與哪個(gè)具體正交碼相對(duì)應(yīng)(64個(gè)取樣長(zhǎng)度組用6個(gè)比特長(zhǎng)度標(biāo)號(hào))。
由乘法(或平方)裝置150、152分別將各I、Q變換器輸出信號(hào)取平方。接著，用加法裝置154分別將每對(duì)取平方后的信號(hào)加在一起，生成一組判決值。即，各信號(hào)取平方裝置的一個(gè)取平方后的信號(hào)與其他表示對(duì)應(yīng)于相同正交碼的關(guān)聯(lián)標(biāo)號(hào)的平方后信號(hào)配對(duì)。這樣相加產(chǎn)生與各個(gè)正交碼關(guān)聯(lián)的能量電平。
各解調(diào)器66N的各組判決值可傳至串接的加法器156，按照相關(guān)碼元標(biāo)號(hào)，將這些值的各個(gè)輸出組成若干分集接收機(jī)信道的判決值復(fù)合總和。將此復(fù)合判決值輸入到雙最大值量度發(fā)生器158，在該處產(chǎn)生一組綜合軟判決數(shù)據(jù)。如上文所述，可用串行并并行的方式傳送復(fù)合輸出數(shù)據(jù)和綜合軟判決數(shù)據(jù)。
然后，將綜合軟判決數(shù)據(jù)輸入到解交錯(cuò)器和譯碼器電路，按獨(dú)立數(shù)據(jù)的程度使綜合判決數(shù)據(jù)解交錯(cuò)。解交錯(cuò)操作已為本技術(shù)領(lǐng)域所熟知，此處不再論述。解交錯(cuò)后的軟判決數(shù)據(jù)輸入到采用若干已知譯碼技術(shù)中的一種(如最大似然譯碼)的譯碼器，以生成原發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的估計(jì)業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)比特。
然而，如上所述，采用當(dāng)前種種信號(hào)解調(diào)方法都需要在數(shù)據(jù)總線160上傳送數(shù)量過大的數(shù)據(jù)。因此，本發(fā)明人揭示一種新的關(guān)口站總體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)減少傳送到多個(gè)解調(diào)器以進(jìn)行分集信號(hào)處理的數(shù)據(jù)量。通過重新分配資源并在內(nèi)部數(shù)據(jù)總線或?qū)Ь€傳送數(shù)據(jù)之前，直接將某些資源用于各模擬接收機(jī)輸出端，使數(shù)據(jù)在合并入用戶信道之前速率大為降低。本方案中，關(guān)口站中的傳輸總線或?qū)Ь€可用當(dāng)前的技術(shù)，方便地適應(yīng)所需大量數(shù)據(jù)及其帶來的數(shù)據(jù)傳輸速率。
實(shí)現(xiàn)該方案的方法是如前文所述，在各模擬部分的輸入端使用一系列A/D變換器，并對(duì)各模擬接收機(jī)的所有接收信號(hào)施加PNI和PNQ序列。即，各模擬部分接收和處理的所有信號(hào)在傳送到其他多路化裝置進(jìn)一步處理之前，用適當(dāng)?shù)亩蘌N序列解擴(kuò)頻。這等于M部模擬接收機(jī)中的每一部并行完成N次解擴(kuò)頻。為了適應(yīng)與關(guān)口站固定時(shí)有關(guān)的不同信號(hào)會(huì)出現(xiàn)定時(shí)不同，信道大體上相互獨(dú)立地解擴(kuò)頻。解擴(kuò)頻自動(dòng)降低關(guān)口站解調(diào)器輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率。若與其他資源分配步驟結(jié)合使用，會(huì)得到較有效的關(guān)口站信號(hào)處理總體結(jié)構(gòu)。
先在圖7中以方框圖的形式說明按照本發(fā)明的原理運(yùn)行的新關(guān)口站信號(hào)接收總體結(jié)構(gòu)。圖7中，如前文圖4中所述，采用一部或多部天線60M和模擬接收機(jī)62M。然而，62中未畫出的A/D變換器122M，其輸出導(dǎo)至與各信號(hào)接收部分關(guān)聯(lián)的相應(yīng)FHT組件164MN，而不僅僅導(dǎo)至解調(diào)器66N。這里，N用于表示每一模擬接收機(jī)用的FHT組件數(shù)，而且等于關(guān)口站通過各模擬接收機(jī)處理的信道總數(shù)n。FHT組件164MN用于生成信號(hào)量度，該量度又傳給一系列(N個(gè))量度接收機(jī)166N進(jìn)一步處理，以形成輸出數(shù)據(jù)。該N一般為6-8，可等于“n”(Walsh函數(shù)長(zhǎng)度)。量度接收機(jī)166N包括與上述雙量度接收機(jī)相同的電路，用來把能量量度數(shù)據(jù)變換為適當(dāng)形式進(jìn)行譯碼，而且能用本技術(shù)領(lǐng)域已知若干器件中的一種制成。
圖8和圖9中給出FHT組件164MN的較詳細(xì)方框圖。圖8畫出接收/解擴(kuò)頻部分，也稱為解調(diào)器前端(DFE)，圖9畫出輸出/量度生成部分，也稱為解調(diào)器后端(DBE)。如圖8所示，和上文所述一樣，在模擬接收機(jī)62處理天線60接收的通信信號(hào)后，用信號(hào)分路器170將來自A/D變換器的數(shù)字化I、Q信道信號(hào)變換為分開成I、Q分量。然后，I、Q分量分別在乘法器或邏輯器件176、178乘以來自兩個(gè)PN發(fā)生器172、174的相應(yīng)PNI和PNQ編碼序列。此乘法運(yùn)算的積分別在累加器184、186進(jìn)行累加后，輸出給一組正交碼變換器，確定由接收數(shù)據(jù)代表的Walsh碼似然估計(jì)能量量度。因此，各關(guān)口站模擬接收機(jī)通過天線從用戶單元收到的(數(shù)字化)通信信號(hào)在出現(xiàn)進(jìn)一步處理或信號(hào)傳送之前，用短PNI和PNQ編碼序列加以解調(diào)或解擴(kuò)頻。
一般用兩個(gè)PN發(fā)生器172、174分別生成PNI編碼序列和PNQ編碼序列。此二PN序列代表前文已討論的外部PN碼序列，可按上文所述那樣生成，控制處理機(jī)78提供定時(shí)和順序控制信號(hào)給此二發(fā)生器。此外，為了使利用PN發(fā)生器172、174所發(fā)PN碼的定時(shí)變化，可用本技術(shù)領(lǐng)域已知的加偏、去偏電路或其他定時(shí)裝置，圖中未畫，以免復(fù)雜。
累加器184、186分別匯集乘法器(或門電路)176和178提供的碼元數(shù)據(jù)，并加以暫時(shí)存儲(chǔ)一段預(yù)定的時(shí)間，例如一個(gè)或多個(gè)碼元周期或128個(gè)籌元周期。如果累加器184、186存儲(chǔ)碼元數(shù)據(jù)較長(zhǎng)的時(shí)間(約為許多碼元周期)，則下續(xù)處理裝置有較多時(shí)間對(duì)用戶單元信號(hào)或所接收載頻的數(shù)據(jù)信道掃描這些信號(hào)。累加器184、186通常分別串聯(lián)一組抽取器180、182，對(duì)提供給下續(xù)處理裝置的數(shù)據(jù)建立一取樣速率。這樣抽取還用來減少傳經(jīng)累加器的數(shù)據(jù)量，從而進(jìn)一步降低量度接收機(jī)要控制的數(shù)據(jù)速率。累加呂184、186的輸出組件總線188上傳送到下續(xù)處理級(jí)。
然后，進(jìn)一步處理解擴(kuò)頻信號(hào)，以生成所需碼元能量量度。這點(diǎn)一般通過用FHT器件變換數(shù)據(jù)值或?qū)Ψ聪蛲ㄐ沛溌酚玫腤alsh編碼進(jìn)行譯碼來實(shí)現(xiàn)。此過程不就信號(hào)導(dǎo)至哪個(gè)用戶作任何假設(shè)，只是檢索信號(hào)內(nèi)包含的數(shù)據(jù)。圖9中進(jìn)一步詳細(xì)畫出實(shí)現(xiàn)FHT組件(或功能)的DBE部分和量度生成輸出的裝置。圖8畫的每套裝置(DFE)都配使用圖9所示的一套裝置，以構(gòu)成各模擬搜尋指的一個(gè)FHT組件。然而，如果采用某種分時(shí)共用或假設(shè)選擇，則在整個(gè)FHT組件中可用較少的DBE器件為各套DFE器件的輸出服務(wù)。即，根據(jù)諸如最小似然或處理前將有些數(shù)據(jù)合并等因素，可以實(shí)現(xiàn)只選擇某些DFE輸出進(jìn)一步處理。
圖9中，累加器184、186所存的碼元數(shù)據(jù)分別傳送到“按時(shí)”Walsh籌元累加器(或緩存器)190和“前/后”、“快/慢”籌元緩存器(或累加器)194、196。這些緩存器包括本技術(shù)領(lǐng)域的電路元件，以便信號(hào)信息(或比特)傳入FHTMN組件的這部分時(shí)加以存儲(chǔ)?？捎迷诿钛b置或控制處理機(jī)78控制下工作的一系列緩存器、寄存器或預(yù)定存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)此功能。依據(jù)關(guān)口站中的平均使用率，有些上述器件可由處理搜尋指公用。上述緩存器接收并累積碼元數(shù)據(jù)，以便能適當(dāng)處理。
前/后緩存器194用于提供比按時(shí)緩存器190所提供的數(shù)據(jù)提前和遲后一個(gè)籌元周期的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)此功能的一般方法是將按時(shí)緩存器190的輸出延遲一個(gè)籌元周期，從而無延遲的數(shù)據(jù)相對(duì)提前一個(gè)籌元，再將緩存器190的數(shù)據(jù)延遲又一個(gè)籌元周期，以形成遲后數(shù)據(jù)。前/后緩存器194的數(shù)據(jù)輸入到時(shí)間跟蹤(TTL)198，由該環(huán)路跟蹤籌元序列的定時(shí)，以調(diào)整PN序列解擴(kuò)頻和FHT組件164MN中其他處理的定時(shí)。時(shí)間跟蹤環(huán)路198的一個(gè)輸出直接(或經(jīng)總線188)傳送到其他裝置，如使用該環(huán)路所提供通信信號(hào)定時(shí)信息的PN發(fā)生器172、175等。
與此同時(shí)，快/慢籌元緩存器196接收數(shù)據(jù)，并傳送給頻率跟蹤環(huán)路200，由該環(huán)路確定相應(yīng)模擬接收機(jī)62M所接收數(shù)據(jù)的載波信號(hào)的頻率和相位。關(guān)口站中的其他裝置(如模擬接收機(jī)62M和控制處理機(jī)78等)用此信息調(diào)整模擬處理裝置的跟蹤，以正確鎖定在接收通信信號(hào)上。
緩存器190中存的數(shù)據(jù)傳送到快速Hadamard變換器件192(FHT)，由該器件判定碼元數(shù)據(jù)能量量度。此FHT器件的結(jié)構(gòu)和操作熟悉此技術(shù)者已明的，在上述參考專利中也已看到。FHT器件192的輸出傳送給輸出控制門電路(或開關(guān)裝置)202和最大能量電平檢測(cè)器204。圖9將一種示范輸出控制作為兩個(gè)輸入端的“與”門示出。提供量度數(shù)據(jù)當(dāng)作門電路202的一個(gè)輸入，提供來自信號(hào)時(shí)鐘檢測(cè)器206的輸出控制信號(hào)當(dāng)作第二輸入，因而對(duì)輸出進(jìn)行控制。
FHT器件192對(duì)所有此關(guān)口站處理的信號(hào)或確在給定波束/分波束內(nèi)的信號(hào)具有相同的性能。因此，根據(jù)需要采用分時(shí)共用的硬件和存儲(chǔ)裝置，數(shù)量不同的FHT器件就可為全部的信道和接收機(jī)服務(wù)。此外，能用可編程FHT器件對(duì)通信系統(tǒng)10或關(guān)口站的所需變化作動(dòng)態(tài)調(diào)整。
鎖定檢測(cè)器206利用最大能量電平檢測(cè)器204的輸出，確定何時(shí)FHT器件192對(duì)碼元數(shù)據(jù)準(zhǔn)確譯碼。即，鎖定檢測(cè)器206確定何時(shí)FHT組件164MN中的定時(shí)和頻率跟蹤裝置準(zhǔn)確跟蹤用戶信號(hào)，而且FHT器件192將對(duì)應(yīng)于發(fā)送碼元數(shù)據(jù)的群碼元數(shù)據(jù)適當(dāng)譯碼。這時(shí)，鎖定檢測(cè)器206發(fā)出一輸出信號(hào)，將時(shí)間跟蹤環(huán)路和頻率跟蹤環(huán)路分別鎖定在當(dāng)前的調(diào)整位置延續(xù)至少一段預(yù)定的時(shí)間(如7個(gè)碼元周期)，并啟動(dòng)門電路202輸出。
不難看出，如果組成部分170-206都每M部接收機(jī)N重各分，則所用基本電路元件數(shù)量比上述典型陸上中繼基站用的多。然而，在本技術(shù)領(lǐng)域中，這些電路元件成熟、了然，能用當(dāng)前的集成電路技術(shù)廉價(jià)復(fù)制備分。這類集成電路器件占用空間小且很可靠，有助于實(shí)現(xiàn)非?？煽康年P(guān)口站總體結(jié)構(gòu)。
門電路202的輸出提供給量度接收器166N，該接收機(jī)的作用相當(dāng)于關(guān)口站中各通信電路或用戶單元信道的后處理器。各FHT組件中每一DBE部分的輸出傳給一信道量度接收機(jī)。即，同以前方法中將數(shù)字化接收機(jī)的輸出傳給各信道接收機(jī)相反，各FHT組件將其輸出傳給對(duì)應(yīng)于一用戶信道的量度處理裝置。與各模擬接收機(jī)62M關(guān)聯(lián)的FHT組件輸出，代表相同通信信道要接收但跨越不同模擬路徑到達(dá)的信號(hào)。這些輸出傳給適當(dāng)?shù)男诺懒慷冉邮諜C(jī)，該接收機(jī)還將來自各FHT組件的信號(hào)合并在一起。
這樣，對(duì)于編碼碼元數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)速率已急劇降低到4800bps。各量度接收機(jī)166N分別完成技術(shù)上熟知的分集合并和其他處理步驟，以便將能量量度合并為接收數(shù)據(jù)估計(jì)。這方面前面已論述，這里不作該電路更詳細(xì)的介紹?？捎帽炯夹g(shù)領(lǐng)域已知的相同方法處理量度接收機(jī)166N的數(shù)據(jù)輸出。
上文所述是一種解調(diào)通信信號(hào)的新方法和裝置，該方法和裝置使關(guān)口站總體結(jié)構(gòu)中后面一些信號(hào)處理級(jí)中承擔(dān)的數(shù)據(jù)速率降低，信號(hào)傳輸連接的復(fù)雜程度也降低。不是將所有模擬接收機(jī)的輸出提供給所有解調(diào)器對(duì)各解調(diào)器中的一個(gè)用戶進(jìn)行處理，而是就多個(gè)用戶獨(dú)立于其他模擬信號(hào)地解調(diào)各模擬信號(hào)。采用這種方法，合并并按照一用戶(或信道)譯碼。這樣，既提高信號(hào)處理效率，又降低費(fèi)用和復(fù)雜程度且增加可靠性。
上述較佳實(shí)施例介紹目的在于使本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員能制作或使用本發(fā)明。這些實(shí)施例和種種變型對(duì)上述人員均顯而易見，如天線數(shù)量和種類、模擬接收機(jī)和定義的一般原理等，均可用于其他實(shí)施例而無需創(chuàng)造發(fā)明。因此，本發(fā)明原本就不要受此處所說明實(shí)施例的限制，而是要符合與所指示原理和新穎特性一致的最大范圍。
權(quán)利要求
1.一種擴(kuò)頻通信系統(tǒng)信號(hào)接收方法，該系統(tǒng)中，信息在通信信號(hào)內(nèi)通過正交編碼信道進(jìn)行傳送，其特征在于，所述接收方法和步驟包括用一部或多部模擬接收機(jī)，在一條和多條分集路徑上從一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)用戶接收通信信號(hào)，并將該信號(hào)變換為數(shù)字通信信號(hào)；將所述數(shù)字通信信號(hào)加到接于各模擬接收機(jī)的一組相應(yīng)的解調(diào)組件，組件的數(shù)量安排得使通過該相應(yīng)模擬接收機(jī)，要從各用戶接收信號(hào)的每條通信路徑至少有一組件可用；在所述解調(diào)組件的一個(gè)部分用一個(gè)或多個(gè)預(yù)選的偽隨機(jī)噪聲(PN)碼序列將各所述數(shù)字通信信號(hào)解擴(kuò)頻；將至少為預(yù)選數(shù)量的解擴(kuò)頻通信信號(hào)分別變換為能量量度信號(hào)，這些能量量度信號(hào)表示與所述解調(diào)組件另一部分的編碼數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的能量值；將對(duì)應(yīng)于要給用戶的信號(hào)的所述能量量度信號(hào)作為輸傳到預(yù)先分配給所述用戶的多部量度接收機(jī)中的至少一部。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述解擴(kuò)頻生成編碼數(shù)據(jù)碼元，所述變換的步驟包括將各分集路徑的所述編碼數(shù)據(jù)碼元傳送給多個(gè)正交函數(shù)變換器中的一個(gè)，以生成碼元能量量度，各變換器的輸出代表通過相應(yīng)模擬接收進(jìn)行工作的信道的信道量度。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法的步驟還包括將各所述量度接收機(jī)的輸入端上從多個(gè)變換器收到的碼元能量量度相加，以生成一個(gè)信道碼元能量量度，供導(dǎo)出信道數(shù)據(jù)用。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述正交函數(shù)變換器包含快速Hadamard變換器。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述量度接收機(jī)分別對(duì)應(yīng)于一條要處理的編碼信號(hào)信道。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述模擬接收機(jī)配置成接收至少一個(gè)載波頻率的信號(hào)，并以預(yù)定的取樣率將所述信號(hào)變換為數(shù)字通信信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述模擬接收機(jī)配備在關(guān)口型基站中，而且至少采用一衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，將所述通信系統(tǒng)內(nèi)用戶單元來的所述通信信道信號(hào)傳送給所述模擬接收機(jī)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，任何給定時(shí)間至少有兩顆衛(wèi)星在與所述關(guān)口站通信。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)先選擇的偽隨機(jī)噪聲(PN)序列還用于在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送給預(yù)定接收者之前，對(duì)該信號(hào)的同相分量和正交分量進(jìn)行調(diào)制。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法的步驟還包括跟蹤所接收通信信號(hào)與解擴(kuò)頻中用的所述PN序列相位之間的相對(duì)時(shí)間差，并提供定時(shí)調(diào)整信號(hào)以指出時(shí)間差的符號(hào)和大小。
11.一種擴(kuò)頻通信系統(tǒng)信號(hào)接收裝置，該系統(tǒng)中，信息在所發(fā)通信信號(hào)內(nèi)，由系統(tǒng)用戶通過正交編碼通信信道傳送，其特征在于，所述裝置包括接成用于接收擴(kuò)頻通信信號(hào)的一部或多部模擬接收機(jī)，各接收機(jī)配置成接收至少一個(gè)載波頻率的信號(hào)，并將所述信號(hào)變換為數(shù)字通信信號(hào)在輸出端提供；連接各所述模擬接收機(jī)輸出端的多個(gè)解調(diào)手段，用來以一個(gè)或多個(gè)預(yù)先選擇的偽隨機(jī)噪聲(PN)碼序列將各所述數(shù)字通信信號(hào)解擴(kuò)頻，從而形成編碼數(shù)據(jù)碼元，還用來至少將預(yù)選數(shù)量的所述解擴(kuò)頻信號(hào)變換為表示關(guān)聯(lián)編碼數(shù)據(jù)能量值的的能量量度，所述手段配置成接納每一條通過該相應(yīng)模擬接收機(jī)要從各用戶接收信息的通信路徑；多部量度接收機(jī)，分別接成從一個(gè)多個(gè)與各模擬接收機(jī)關(guān)聯(lián)的所述解調(diào)組件接收能量量度信號(hào)，這些信號(hào)提供預(yù)分配的一條編碼通信信道的信號(hào)量度。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述解調(diào)手段包含解調(diào)組件，該組件的數(shù)量安排得使通過該模擬接收機(jī)，要從各用戶收信號(hào)的每條通信路徑至少有一組件可用，各所述解調(diào)組件包括生成編碼數(shù)據(jù)碼元的解擴(kuò)頻手段，以及變換手段，用來接收所述編碼數(shù)據(jù)碼元，并進(jìn)行正交函數(shù)變換，以生成碼元能量量度，代表通過相應(yīng)模擬接收機(jī)進(jìn)行工作的信道的信道量度。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該裝置還包括加法手段，用來將各所述量度接收機(jī)輸入端上從多個(gè)解調(diào)組件接收到的碼元能量量度相加，以生成一信道碼元能量量度，供導(dǎo)出信道數(shù)據(jù)用。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述變換手段包含快速Hadamard變換器。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將所述量度接收機(jī)預(yù)先分配給要處理的一條編碼信號(hào)信道。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述模擬接收機(jī)配置成至少接收一個(gè)載波頻率的信號(hào)，并按預(yù)定取樣率將所述信號(hào)變換成數(shù)字通信信號(hào)。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述模擬接收機(jī)配置在關(guān)口型基站內(nèi)，而且至少采用一個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器將所述通信系統(tǒng)內(nèi)用戶單元的所述通信信道信號(hào)傳送給所述模擬接收機(jī)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，任何給定時(shí)間至少有兩顆衛(wèi)星在與所述關(guān)口站通信。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述預(yù)先選擇的偽隨機(jī)噪聲(PN)序列還用于在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送給預(yù)定接收之前，對(duì)該信號(hào)的同相分量和正交分量進(jìn)行調(diào)制。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述通信系統(tǒng)包含無線電話/數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中遠(yuǎn)端用戶位于多個(gè)蜂窩區(qū)，而且用碼分多址聯(lián)接(CDMA)擴(kuò)頻通信信號(hào)對(duì)至少一個(gè)關(guān)口站傳送信息。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述組件的數(shù)量等于一接收機(jī)服務(wù)的預(yù)定最大用戶數(shù)與各用戶接收信號(hào)的最大期望信號(hào)路徑數(shù)的乘積。
22.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述解調(diào)手段的數(shù)量等于一接收機(jī)服務(wù)的預(yù)定最大用戶數(shù)與各用戶接收信號(hào)的最大期望信號(hào)路徑數(shù)的乘積。
全文摘要
一種有效利用數(shù)據(jù)傳輸容量和分集處理的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器擴(kuò)頻通信系統(tǒng)關(guān)口站信號(hào)接收方法和裝置。各模擬接收機(jī)(62M)接收的通信信號(hào)數(shù)字化后傳至FHT組件(164)用預(yù)定PN序列解擴(kuò)頻為編碼數(shù)據(jù)碼元，并用FHT器件(192)變換為能量量度。各信道的這些變換結(jié)果輸入一分配給用戶的量度接收機(jī)(166N)處理，重組數(shù)據(jù)。各模擬接收機(jī)連接一組FHT組件(164MN)控制各分集路徑。該組件包括解擴(kuò)頻器件(176、178)和FHT器件(192)，均分布在關(guān)口站的處理陣列中。
文檔編號(hào)H04B7/08GK1149947SQ9619028
公開日1997年5月14日 申請(qǐng)日期1996年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月3日
發(fā)明者戴維·S·米勒 申請(qǐng)人:夸爾柯姆股份有限公司