CN1144028A - 关于扩频信令方案及其改进 - Google Patents

Abstract

包含一个主台(10)和一个或多个副台(SS1，SS2)的通信系统，主台具有发送和接收装置(12)、用于对要由发送装置所发送的消息格式化的装置；该副台或每一副台具有接收来自主台的消息的接收装置和以扩频信号方式发送信号的装置；所述主台中的接收装置适合接收和译码该扩频信号或每一扩频信号。对于同时收到的各扩频信号中的频率偏移，通过数字化所收到的信号以产生去扩的原始数据样值的方法进行处理。频率分析后，扫描所得到的频谱中超过预定门限的各峰值，并提供指示码组存在或不存在的输出。

Description

关于扩频信令方案及其改进

技术领域

本发明涉及有关扩频信令方案及其改进，特别适合应用于从低功率发射机发送的低功率扩频信号，但并不排除其它应用，该低功率发射机可以被包括在诸如选择呼叫接收机一类的消息接收装置、例如数字寻呼机或手持数字信号处理装置中。

技术背景

美国专利4,882,379公开了一种应答式的寻呼系统，在这种系统中，中心台发送具有其寻呼信号的一组M个不同的应答式寻呼机的地址序列，并在一个时间间隔之后，接着发送一消息序列给该组应答式寻呼机。消息的顺序按照预先确定的方式与所发送序列的地址的顺序有一定关系。一组被寻址的应答式寻呼机的用户例如通过按下一个按钮来表示他们各自寻呼机的应答，从而提供应答式数据。在一组被寻址的应答式寻呼机中的各寻呼机而后用不同的伪随机码同时地将他们的应答信号送回中心台，给一组寻呼机中的每一个分配一个不同的伪随机码。为了允许同时的传送，各寻呼机须以极准确的频率送出所要发送的应答信号。为了保证准确的频率调谐，中心台在发送地址序列和消息序列间的时间间隔中发送一个基准载频脉冲串，各寻呼机也须包括使频率调谐如此准确的频率控制电路。此外，各寻呼机采用了功率控制技术，以调整发射机输出功率。

本发明的公开

本发明的一个目的是，以不影响消息通过的总速率和不引入选择呼叫接收机附加复杂性的方式，使得便于区分不同的同时发送的扩频信号。

根据本发明的第一方面，提供一种包括一个主台和一个或多个副台的通信系统，该主台具有：发送和接收装置、用于对要由发送装置发送的消息进行格式化的装置；该副台或每一副台具有用于从主台接收消息的接收装置和用于以扩频信号方式发送信号的装置，主台中的所述接收装置适合于接收和译码该扩频信号或每一扩频信号，所述主台还包括频率分析装置，用于分析所收到的信号的非扩频部分或去扩后的该扩频信号。

根据本发明的第二方面，提供一种在按照本发明第一方面的通信系统中使用的主台，该主台包括发送和接收装置、用于对要由发送装置发送的消息进行格式化的装置，所述的接收装置适合于接收和译码该扩频信号或多个扩频信号中的每一个扩频信号，所述主台还包括频率分析装置，用于分析所收到的信号的非扩频部分或去扩后的该扩频信号。

根据本发明的第三方面，提供一种区分多个实质上同时发生的可包括频率偏移的不同扩频信号中的每一个信号的方法，其中包含对所收到的信号的非扩频部分或去扩后的扩频信号进行频率分析。

借助于本发明，在不必发送基准载频脉冲串、也不必选择呼叫接收机中提供频率控制电路的条件下，能够恢复该扩频信号或多个同时发送的扩频信号中的每一个信号。此外，本发明能够在不必采取任何特殊测量的条件下考虑到多普勒频移的作用。

在第一实施例中，利用可能已使用过的每一码组对所收到信号的数字形式进行去扩，并在每次对原始数据进行频率分析，同时检验结果频谱，以查看是否有一个指示去扩所用的码组为正确的峰值。

在第二实施例中，一个载频脉冲串领先于扩频信号，并在主台分析所收到的信号，以查看存在有哪些频率，同时使用每一频率对所收到的信号进行去旋转，在每次去旋转后，对出现的任一扩频码组进行校验。附图简介

现在用举例的方法参照附图对本发明进行描述，其中：

图1是表示用于发送数据消息的消息传输系统的图；

图2是包含有系统控制器和基站收发信机的主台的原理方框图；

图3是副台的原理方框图；

图4是表示沿时间t绘出的原始信号的图；

图5是表示主台特性的原理方框图，该主台能允许频率偏移和多普勒频移；

图6是表示沿时间t绘出的去扩信号的图；

图7显示了沿频率f绘出的纯信号的功率谱；

图8显示了沿频率f绘出的具有多普勒扩散的信号的功率谱；

图9显示了本发明的一种变型，其中，副台在扩谱信号之前立即发送一个频率脉冲串；以及

图10是能够将具有图9所示格式的信号恢复的那些主台特性的原理方框图。

在各附图中，始终采用相同的参考数码来表示同一个特性。

实现本发明的方式

图1所示的系统可以包括用于发送相当长的数据消息的系统，诸如传真电报、电子邮件或寻呼系统。为了便于说明，将参照按照申请人称之为“先进寻呼操作码(APOC)”的协议工作的高速寻呼系统，对本发明进行描述，该协议规定在具有6.8秒持续时间的周期内发送地址码字和所关联的消息码字。每一周期包括多个码组(batch)，例如包括3个相等时间长度的码组。每一码组包括与n个帧相连接的同步码字，每帧由m个码字构成。

寻呼系统包含一个寻呼系统控制器10，该控制器10至少与一个基站收发机12相连接，如有必要，可以用陆地线路或其它合适的链路进行连接。在有多于一套基站收发信机的情况下，各收发信机可以在地域上分开，并可以工作在准同步方式。

提供有选择呼叫接收机或副台SS1、SS2，每一副台包含一部收发信机，该收发信机能够接收从收发信机12来的发送信号，也能够以比收发信机12输出功率低得多的功率例如低30dB发送有限数目的消息类型，包括应答信号。消息以扩频信号方式进行发送，其信息速率典型地为收发信机12发送速率的千分之一，且其扩频序列长度为104量级，例如每比特为8191码片。

在该系统的一种实施例中，寻呼系统控制器10力图克服近/远问题，而不必利用副台中的发射机功率控制，所使用的方法是，在预定的最低和最高功率电平范围内，以多个不同的功率电平例如累进地增加的功率电平来发送一组征求信号，接收征求信号的副台应答具有较低或最低功率电平的征求信号，而不应答在同一组中的较高功率电平的征求信号，这些信号将由更远的副站接收。交错征求信号功率电平的优点在于，在任一时刻各应答的强度是可以比较的，从而减轻近/远问题，而不必采用常规的对发射机进行功率控制的方法。

图2表示连接至收发信机12的系统控制器10的布置，它以不同的功率电平发送征求信号序列。系统控制器10包含一个输入端18，输入经由收发信机12转发的数据消息。该消息保持在存储器20中，并从存储器被转发到格式化级22，格式化级22给该消息附加一个地址码字，并将消息分割为多个预定长度的有关联的码字，每一码字包括检/纠错比特和可选的偶数奇偶校验比特。地址码字保存在存储器24。提供一个处理器26，它按照存储器28所存储的程序控制系统控制器的工作。连接到处理器26的还有时钟/定时级30、征求信号发生器32和存储器34，存储器34用于存储码序列的详情，它们可以在副台发送其对征求消息的应答时被使用。存储器20中的数据消息一经在格式化级22格式化后，处理器26就使它们由基站收发信机12转发出去。数据消息的格式化可以符合任一种已知的格式，诸如APOC、CCIR无线寻呼NO.1码(或称作POCSAG码)，或是符合其它已知或尚未创立的信号格式。消息一经发送之后，处理器便安排发送在级32中生成的征求-应答信号。在一种方式中，在每次以渐增功率电平发送征求信号后，便提供一个在其间副台可以应答的时间间隔。该时间间隔一经满期后，便以增加的功率电平(直至最大功率电平)重复发送征求信号，每一征求信号后跟一个用于应答的时间周期。

在发送征求信号之后，处理器26使收发信机12转换为进行接收，并准备就绪以接受被收发信机12所收到的信号，至副台或每一副台的输出传送路径实质上与其输入传送路径相同。为了识别以扩频信号发送的每一应答，每一码组序列顺序地与缓存器中所存的接收信号混合，当获得相关后便可以记录应答，并将另一些码组序列与所收到的信号混合，以便恢复可能出现的任何其它应答。

在另一方式中，连续地发送各个征求信号，并提供多个时隙来接收以扩频信号方式的应答，每一功率电平应当有一个时隙。为了克服任何短时间衰落，可以任选地将应答序列分割为子序列，并且子序列可在多个时隙上相交错。

在上述方式的变型中，发送多组征求信号，而副台在发送最后一组征求信号之后的适当时刻发送一个对所接收的最低功率的征求信号的应答信号。

因为应答若以单个脉冲串发送时持续时间实质上为1秒，所以与典型的衰落速度相比应答持续时间是长的。因此，如果副台在它选择其时隙时处于深度衰落的情况下，副台可以为该时隙产生一个在接收机处比规定强度高20dB的信号。由于衰落的信号往往远低于其平均信号，而仅会比平均信号约高3dB，因此，为了选择时隙，最好采用平均信号强度的量度。一种不需要专用电路的信号强度的间接测量是，根据在有关联的组中所收到的征求信号的顺序降低平均信号强度。然而，有必要优化据以确定平均信号强度的时间，因为若选择的时间太长，则当应答发送时，平均可能已过时。

信号强度变化的另一效应为虚假速率。如果信号变化，则信号的变化将会改变相关性。由于这个原因，有必要选择具有良好的1和0的短期平衡的码组。因此，衰落将影响大体相等数目的1和0。

图3是具有能力以扩频信号发送对征求信号的应答的副台SS的原理方框图。副台SS包括一个与接收机级38相耦合的天线36。接收机级38的输出接至译码器40的输入端。微控制器42接至译码器40的输出端，并按照保存在只读存储器(ROM)44中的程序控制副台的工作。微控制器42具有输入/输出端，适合于连接到可以是音频、视频和/或可触觉的通知装置46，键盘48，数据输出装置，例如连接到LCD屏幕52的LCD驱动器50，以及用于存储业已收到并译码的任何消息的随机存取存储器(RAM)56。

在工作中，响应于副台SS所遵循的特定电池省电协议而供给接收机级38电能。译码器40和微控制器42当不需要时可以处于“睡眠”状态(可选)，微控制器42可由一个内部定时器(未示出)或一个中断信号来“唤醒”，适当时候以这种方式唤醒副台的其它各级。当收到一个地址码字时，便将它解调、译码、检/纠错，查看它是分配给副台的一个地址码字，还是一个对它向主台发送消息的邀请。假定它是分配给副台的一个地址码字，则根据微控制器42的编程，通知装置46被启动，将已经收到一个呼叫的情况通过用户。然而，用户通过按下键盘上的一个或几个键的方法能够禁止通知装置的一种或多种输出装置。如果一个其数据速率与地址码字相同的短消息与寻呼呼叫相连系，则当它一经译码和检/纠错后，微控制器42便使已译码的消息存储在RAM56中。借助于按动键盘48的一个或几个键，用户可以指令微控制器42从RAM56中读出该消息送至LCD驱动器50，使消息显示在屏幕52上。到此为止所描述的工作适合于与POCSAG标准一致的许多文字数字消息寻呼机。

所示的副台SS包括一个低功率发射机，借助于该发射机，可以将应答和/或短消息传送给基站收发信机或任一在服务范围内的基站收发信机。实际的应答或消息由微控制器42生成，并且将以扩频信号方式进行发送。在级60中可以生成或存储一个或多个近乎正交的伪随机码序列。微控制器42控制从接至发射机58的级60中读出一个码序列。该码序列可以是一组近似正交序列中的一个，或者是这一序列的时间偏移形式。所选的序列可以代表副台的识别符和/或所收到的消息号码和/或如下所示的编码应答。码序列1-区内的副台，仅用于登记用途。码序列2-收到的上一个消息。码序列3-读消息。码序列4-回答“是”。码序列5-回答“不”。码序列6-重发上一个消息。

作为一种对于给配置有各自帧的各副台分配预定的码序列组的替代方法，寻呼系统控制器和副台可以存储相同的码序列组，譬如说，1000个码序列。当要将数据消息发送给一个寻址的副台时，系统控制器期待20种可能回答中的一种回答，并且总的数据消息发送包括一个指示：1000个码序列中的20个已经动态地分配给用于发送其回答的副台，每一码序列代表20种可能回答的一种。一旦接收到对征求信号的应答，并发送给系统控制器之后，便将它与20种动态分配的码序列的每一种进行比较，并认为达到最优相关的码序列是对消息作出的回答。一经确定应答后，对于从那个副台来的回答的二十个码序列的分配，就被撤消、或明显地或隐含地撤消。

在实际情况下，将消息串顺序地发送给不同的副台，并在那些需要回答的情况下，可能的回答的号数可以变化，因此，系统控制器对来自特定副台的应答所分配的1000个可能的码序列的码组中的码序列号数将随着变化。然而，如上所述，分配是暂时的。

至此为止所描述的内容尚未考虑到扩频信号可以受到频率偏移和多普勒频移的影响这一事实，这种影响使所收到的扩频信号相位按半随机方式比如说以多普勒速率变化。这一情况示于图4，该图示出，由以箭头所表示的二进制相位码信号所组成的原始信号受相位变化和噪声的影响。这些相位变化的作用造成信号根据相位值积分为一个任意值，使得正常相关检波器的输出无效。

通过限制发射机频率准确变到比如说10Hz(与通常的载频频率容差为3至5ppm相对比)来克服选择呼叫接收机中的频率偏移将会付出过高的代价，使得选择呼叫接收机过于昂贵。

按照本发明，通过系统控制器10(图1和2)考虑了频率偏移和多普勒频移的作用，并将参照图5至8进行描述。参照图5，由收发信机12的接收部分来接收扩频信号，它在其输出端60、61提供正交下变频的I和Q信号。I和Q信号在模拟/数字变换器62中进行数字化，该模/数变换器62提供原始数据的数字化形式，而原始数据存储在原始样值存储器64中。而后将原始样值读出，送到连接码发生器68的乘法器66。存储器34(图2)将码序列的详情送给发生器68，发生器68产生一个连续的码序列，每个连续的码序列与原始样值相乘，产生一个扩频信号序列，例如图6中所示的那样，其中偏移频率出现在噪声中。每一个去扩样值保存在存储器70中。

为了考虑到可能出现的偏移频率，对每个去扩的样值在诸如富里叶或FFT分析器的分析器72中进行频率分析。频率分析的结果存储于功率谱存储器74中。在级76中，扫描每一功率谱，寻找出现的超过门限的峰值，并使所产生的输出指示码组的存在或不存在。

在一个码组出现的情况下，将这一情况指示处理器26，处理器26从所识别的码组推断出应答信号的意义。

图7示出一个可以将其看作纯信号的功率谱，在图中具有一个明确决定的峰值。相反，图8示出了一个信号的功率谱，它包括多普勒扩散，使峰值有较低的幅度，并且不易作出明确决定。

在存在大量信号的情况下，为了减少搜索时间，去扩样值存储器70和谱存储器74(图5)均至少包括二部分A、B，并将数据这样地多路转接，使得当数据被导入到，比如说，去扩样值存储器70的部分A时，数据从另一部分B被读出，反之亦然，如图中虚线所示。这些也同样适用于谱存储器74。

虽然图5表示去扩和频率分析是在分离的级进行的，但全部工作可以在适当地编程的数字信号处理器中完成。

在按照本发明方法的一种变型中，如图9所示，从副台进行的发送的初始部分(例如0.2秒)包含未调载频，与未调载频相关联的第二部分包含扩频信号。

图10表示系统控制器的有关部分，其中将从接收机12所收到信号的正交I和Q分量在ADC62中进行数字化，并将数字化的信号样值在富里叶分析级72进行频率分析，以确定任何信号呈现的偏移。将这些偏移接着再送入存储器34，以恢复相应码组的详情，将码组详情送到控制器(未示出)，以便确定与所恢复的码组相关联的信号。

通过阅读本发明的公开文件，对于本领域的技术人员来说，本发明的其它修改变型是很明显的。这样的修改可以包括通信系统及其组成部分在设计、制造、使用中的其它已知特性，并且可以用这些特性代替这里所描述的特性，或是除采用这里所描述的特性之外，还采用那些特性。虽然这一申请所形成的权利要求是各特性的特定组合，但应当清楚，本专利申请的范围还包括这里所明确地或隐含地公开的任何良好特性或这些特性的巧妙组合，或者是它们的一般化，不管它是否涉及与本权利要求任一条款相同的发明，也不管它是否缓解了与本发明所缓解的任一或所有相同的技术难题。申请者在此申明：在提出本申请或提出由本申请所引出的任一进一步申请的期间，对这特性和/或这些特性的组合，可能形成新的权利要求。产业应用性

诸如数字寻呼机和数字信号处理装置一类的消息接收设备。

Claims (10)

1.一种包括一个主台和一个或多个副台的通信系统，该主台具有发射和接收装置、用于对要由发送装置发送的消息进行格式化的装置，该副台或每个副台具有从主台接收消息的接收装置和用于以扩频信号方式发送信号的装置；主台中的所述接收装置适合于接收和译码该扩频信号或每一扩频信号；所述主台还包括频率分析装置，用于分析收到的信号的非扩频部分或去扩后的该扩频信号。

2.权利要求1中所要求的通信系统，其特征在于，主台中的接收装置包括用于产生正交下变频信号的装置，以及主台还包括：模拟/数字变换装置，用于产生数字信号的数字化原始样值；第一存储装置，用于存储所述数字化原始样值；码组生成装置；信号乘法装置，具有各输入端分别接至所述的第一存储装置和码组生成装置，和输出端以输出去扩信号样值；用于对每一去扩信号样值进行频率分析并产生频谱输出的装置；及频谱分析装置，用于扫描频谱的各峰值，并提供一个输出以指示码组的存在或不存在。

3.权利要求2中所要求的通信系统，其特征在于，提供有第二和第三存储装置，分别用于存储去扩样值和频谱；并且每一第二和第三存储装置至少包含两个部分，并且在每一第二和第三存储装置的输入和输出端分别提供多路复接和去多路复接装置。

4.权利要求1中所要求的通信系统，其特征在于，每一副台具有产生未调载频的装置；并且该副台中的发送装置被控制来发送由与扩频信号相关连的未调载频所组成的脉冲能量。

5.权利要求4中所要求的通信系统，其特征在于，主台中的接收装置包含用于产生相互正交下变频信号的装置；并且主台还包括用于产生正交下变频信号的数字形式的样值的模/数变换(ADC)装置，连接至ADC装置的用于确定频率偏移存在的频率分析装置，以及响应于确定的频率偏移以便寻求这些频率上的扩频码组的装置。

6.权利要求1中所要求的系统中所使用的主台，其特征在于，包含发送和接收装置、对要由发送装置所发送的消息进行格式化的装置，所述接收装置适合接收和译码该扩频信号或多个扩频信号，所述的主台还包含频率分析装置，用于分析收到的信号的未扩谱部分或去扩后的扩频信号。

7.权利要求6中所要求的主台，其特征在于，接收装置包括产生相互正交下变频信号的装置；并且提供有产生数字信号的数字化原始样值的模/数变换装置；存储所述数字化原始样值的第一存储装置；码组发生装置；信号多路复接装置，其各输入端分别接至所述第一存储装置和码组发生装置，其输出端输出去扩信号样值；频率分析装置，对每一去扩信号样值进行频率分析，并产生作为输出的频谱；以及频谱分析装置，用于扫描频谱的各峰值，并产生一个指示码组存在或不存在的输出。

8.权利要求6中所要求的主台，用于一种通信系统，在该通信系统中，每一副台具有产生未调载频的装置和发送装置，该发送装置被控制来发送与扩频信号相关联的未调载频所组成的能量脉冲，其特征在于，主台中的接收装置包含产生相互正交下变频信号的装置；并且主台还包含产生相互正交下变频信号的数字形式样值的模/数变换(ADC)装置，连接至ADC装置的用以确定频率偏移存在的频率分析装置，以及响应于所确定的频率偏移用于寻找这些频率上的扩频码组的装置。

9.一种区分多个实质上同时发生的不同扩频信号中的每一个信号的方法，此信号可以包括频率偏移，所述方法包含对所收到的信号的未扩频部分、或去扩之后的扩频信号进行频率分析。

10.权利要求9中所要求的方法，其特征在于，产生所收到信号的相互正交下变频信号形式，产生所收到信号形式的数字化原始样值；存储所述的数字化原始样值；去扩数字化原始样值；频率分析每一去扩信号样值，并产生作为输出的频谱；以及扫描频谱的各峰值，并提供一个指示码组存在或不存在的输出。

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