CN1192089A - 解调扩频信号的解调器和方法 - Google Patents

Abstract

通过在主数据信号通道、功率控制数据信号通道和接收的信号强度指示指令(RSSI)通道之间时分解调器硬件,全部功率控制数据信号通道能在增加很少的门数的扩频用户机单元接收机的解调器中实现。主数据信号通道和功率控制数据信号通道时分复共扼发生器、复乘法器、和实部提取器。RSSI通道中, 动态系数定标被加于无限周期冲激响应(IIR)滤波器,IIR滤波器能在RSSI通道与功率控制数据信号通道之间时分。

Description

解调扩频信号的解调器和方法

本发明通常涉及扩频无线电通信，且更具体地，涉及到在直接序列码分多址(DS-CDMA)通信系统中的功率控制信道估计。

一种用直接序列扩频技术的蜂窝无线电话系统，通常被称为是直接序列码分多址(DS-CDMA)通信系统，由远程通信工业协会(TIA)采用的临时标准IS-95规范规定。类似的扩频系统，数字通信系统(DCS)1900，运行在1900MHz。在这些扩频通信系统和其它系统中，各个信号被用宽带伪噪声码扩展，然后发射在宽射频(RF)带上。通过用与用于扩展信号的同样的码解扩接收的宽带信号，扩频接收机获得感兴趣的信号。

在许多扩频通信系统中，从基站到用户机单元的下行链路传输包括导标信道和多种的业务信道。所有用户机单元解码导标信道；因此，所有用户机单元知道导标信道的扩展码。然而，每个业务信道被预定仅由单个用户机单元解码。因此，基站在某一刻用将被用于仅一个用户机单元的各自的扩展码编码每个业务信道。

在一些C DMA系统中，业务信道下行链路信号包括在数据流中的功率控制指示指令，它允许基站分别控制在其覆盖范围内的用户机单元的发射功率。提取功率控制指示指令后，用户机单元通过调整它的发射功率响应功率控制命令。这个功率控制方法适应信道条件的变化，如衰落或阻塞，同时保持扩展效率并最小化系统内部的干扰。

有效和高效的功率控制对系统性能很重要。事实上，IS-95规范的6.1.2.4.2节要求用户机单元在接收到功率控制指示指令的500毫秒内响应功率控制命令。

本发明的目的是提供一种解调扩频信号的解调器和方法，对包括在业务信道下行链路信号中的扩频功率控制指示指令的快速和准确的检测，而不显著地增加处理的需要。

本发明提供一种解调器，包括：

瑞克(rake)分支相关器，用于确定导标相关信号和数据相关信号；

接收的信号强度指示指令(RSSI)通道，耦合到所述瑞克分支相关器，以确定来自所述导标相关信号的RSSI值信号；

主数据通道，耦合到所述瑞克分支相关器，以确定来自所述导标相关信号和所述数据相关信号的主数据信号；和

功率控制数据通道，耦合到所述瑞克分支相关器，以确定来自所述导标相关信号和所述数据相关信号的功率控制数据信号。

本发明提供一种用于解调在通信信道上发射的接收的扩频信号的方法，包括步骤：

确定来自接收的扩频信号的导标相关信号和数据相关信号；

用信道估计滤波器滤波所述导标相关信号，以产生第一滤波的导标相关信号；

时分用动态系数定标的滤波器，以用第一滤波器系数集确定来自导标相关信号的接收的信号强度指示指令(RSSI)值信号，并用第二滤波器系数集确定来自导标相关信号的第二滤波的导标相关信号；

相干地检测来自所述第一滤波的导标相关信号和所述数据相关信号的主数据信号；和

相干地检测来自所述第二滤波的导标相关信号和所述数据相关信号的功率控制数据信号。

通过在主数据通道、功率控制数据通道和接收的信号强度指示指令(RSSI)通道之间时分解调器的硬件，扩频用户机单元接收机的整个功率控制数据通道能用少量增加门数实现。主数据通道和功率控制数据通道时分复共扼发生器、复乘法器、和实部提取器。但是，由于定时的需要，主数据通道的信道估计滤波器不能与功率控制数据通道时分。代替地，动态系数定标被加到在RSSI通道中的无限周期冲激响应(IIR)滤波器，因此，用动态系数定标的IIR滤波器能在RSSI通道和功率控制数据通道之间时分。

本发明的优点是：全部功率控制数据信号通道能通过增加很少的门数实现。

附图简要说明：

图1是包括无线电话用户机单元的DS-CDMA通信系统的框图；

图2是图1中示出的解调器的框图；

图3是图2中示出的用动态系数定标的无限周期冲激响应(IIR)滤波器的框图；

图4是图2中示出的用动态系数定标的无限周期冲激响应(IIR)滤波器的另一实施方案的框图。

图1是包括无线电话用户机单元101的DS-CDMA通信系统100的框图。用户机单元101有接收音频信号的麦克风125。用户机单元101准备音频信号，以在通信信道上用发射机120扩频发射。发射信号通过双工器113到天线105。互补的通信装置，如扩频基站收发信机190，用天线195在通信信道上从用户机单元101接收信号。收发信机190也向用户机单元101发射业务信道和导标信道信号，它们由天线105在通信信道上接收。

接收的信号通过双工器113到接收机130。接收机130包括RF前端115、模数(A/D)转换器116、解调器140、解码器170、数模(D/A)转换器180、和音频放大器185。解调器140有瑞克(rake)分支相关器150，优选有三个指152、154、156。来自瑞克分支相关器150的三个指的每个的导标相关信号和数据相关信号被发送到字符率(Symbol)处理器160的RSSI通道163、功率控制数据通道161和主数据通道165。RSSI通道163的输出端被连接到微处理器117。微处理器117处理整个用户机单元101的数据、地址、中断、和控制线。微处理器117被连接到用户机单元101的其它部件；然而，未示出这些连线以免使图复杂。

来自主数据通道165的输出端的主数据信号被连接到解码器170。解码的字符被发送到D/A转换器180和音频放大器185，以在扬声器135上音频再生接收的信号。如由Fuyun Ling等在1996年3月29日申请的、美国专利申请序号08/624,329中所解释的，通过在主数据通道165中用低通滤波器以估计通信信道的相位和增益，达到准最优DS-CDMA下行链路接收机性能。然而，达到这个准最优性能的结果是1到2毫秒的数量及上的解调延迟。

虽然这种适度的延迟对语音通信是允许的，对从基站在业务信道下行链路中发射和在用户机单元接收的功率控制指示指令的检测和解调，它是不希望的。例如，IS-95规范要求用户机单元输出功率由用户机单元接收功率控制指示指令的500毫秒内建立在其最终值的0.3dB内。为最小化功率控制指示指令检测需要的时间，功率控制指示指令不被编码且来自功率控制数据通道161的输出端的功率控制数据信号被直接发送到数字信号处理器(DSP)119。因此，功率控制指示指令和主数据业务信道信号有分别的解调通道。然而，在特定的应用中，微处理器117能代替DSP119接收恢复的功率控制数据信号。

图2是图1示出的解调器140的框图。为减少在功率控制指示指令检测中的延迟而不牺牲业务信道性能，解调器140的字符率处理器160分别地解调功率控制指示指令和主数据业务信道信号。更具体地，字符率处理器160用有小的或没有解调延迟的功率控制数据通道161解调嵌入业务信道中的功率控制指示指令，且用有较长的延迟的主数据通道165，适于主数据信号的准最优解调。

主数据通道和功率控制数据通道功能上是同样的；它们仅在信道估计滤波器的实现中不同。这些滤波器被用于提供数据相干解调需要的通信信道增益和相位的估计。具体地，主数据通道165用在恢复的数据流中以延迟的代价优化性能的通信信道估计滤波器240。例如，61间隔有限周期冲激响应(FIR)滤波器产生有1.5毫秒延迟的准最优性能。这个FIR滤波器能被等效的IIR滤波器代替，且四阶IIR滤波器产生有约同样延迟的类似的性能。相反，根据IS-95规范，在功率控制数据通道中，通信信道估计应有少于500毫秒的延迟，且较快的信道估计滤波器用一极点IIR滤波器实现。从IIR滤波器最终得到的数据流有可忽略的延迟。

在运行中，瑞克分支相关器150在线202上产生导标相关信号，且在线204上产生数据相关信号。导标相关信号被连接到RSSI通道163、功率控制数据通道161、和主数据通道165。在主数据通道165中，信道估计滤波器240估计通信信道相位和增益的复再现。复共扼发生器270取信道估计滤波器240的输出的复共扼。复乘法器280用来自线204的数据相关信号乘这个复共扼，数据相关信号由开关205选择以用延迟部件210延迟预定的时间量。在延迟部件210中的延迟等于信道估计滤波器240引起的延迟。最后，实部提取器290取复乘法器280输出的实部，以完成相干检测过程并产生主数据信号。

因为主数据通道165和功率控制数据通道161几乎一样，两数据通道用时分以最少化硬件。例如，复共扼发生器270、复乘法器280、和实部提取器290在主数据通道165和功率控制数据通道161之间时分。然而，用于主数据通道165和功率控制数据通道161的信道估计滤波器不共享共同的电路。替代地，在RSSI通道163中的一极点IIR滤波器250包括动态系数定标，以便它能与功率控制数据通道161时分。

在功率控制数据通道161中，线202上的导标相关信号被发送到用动态系数定标的IIR滤波器250。象信道估计滤波器240，这个一极点IIR滤波器250也估计通信信道相位和增益的复再现。IIR滤波器250不象信道估计滤波器240一样优化，但它产生较少延迟的结果。复共扼发生器270取用动态系数定标的IIR滤波器250的输出的复共扼，并连接复共扼到复乘法器280。开关205选择线204上的数据相关信号通过延迟部件215。延迟部件215中的延迟值等于用动态系数定标的IIR滤波器250引起的任何微小的延迟。实部提取器290取复乘法器280输出的实部，以产生功率控制数据信号。

开关205从线204向延迟部件210或延迟部件215提供数据相关信号。解调器控制单元155控制在解调器单元140中的所有时分，包括开关205的运行。当解调器控制单元155指示主数据信号要被处理，开关205向延迟部件210提供数据相关信号，且当解调器控制单元155指示功率控制数据信号要被处理，开关205向延迟部件215提供数据相关信号。延迟部件210、215都由先入先出(FIFO)缓存实现。延迟部件215的延迟优选小于500毫秒，以满足IS-95规范。虽然解调的功率控制数据和解调的主数据有不同的延迟值，这些延迟值是固定的和已知的。因此，将没有关于解调的信号的特性的混淆。

因为参照DS-CDMA系统，功率控制位未被编码，且未编码的信号的误码率曲线在感兴趣的信噪比范围内典型是非常平的，这个分别地解调功率控制数据的方法是可行的。结果是，用动态系数定标的IIR滤波器250小或无延迟地估计通信信道相位和增益，以解调和检测功率控制指示指令。用这种零或短延迟信道估计器产生的功率控制指示指令的误码率仅略差于用有足够延迟的准最优信道估计器产生的误码率。因此，系统性能将不由于在功率控制数据通道中用零或短延迟信道估计器而显著地降低。

RSSI通道163有在特定数目的字符周期上求和导标相关信号的累加器220，以产生平均的导标相关信号。优选地，导标相关信号在8个连续的字符周期上被累加；然而，通过累加少至2个字符周期，能达到快速RSSI计算，且通过在较大数目字符周期上累加，能达到较精确的RSSI计算。平方框230平方和求和来自累加器220的平均的导标相关信号的实和虚部，以获得能量估计信号。下一步，有单位增益的一极点IIR滤波器250滤波来自平方框230的能量估计信号。IIR滤波器250的输出、RSSI值信号，向微处理器117(示于图1中)提供信号强度的更新数据。

由IIR滤波器用于RSSI通道163处理的系数集(set)和由IIR滤波器用于在功率控制数据通道中进行信道估计的系数集没有共性，且两滤波器需要完全不同的带宽。因此，IIR滤波器250包括动态系数定标，以允许在RSSI通道163和功率控制数据通道161之间一极点IIR滤波器的时分。

图3是图2示出的用动态系数定标的IIR滤波器250第一实施方案的框图。示出的滤波器是一极点单位增益IIR滤波器。动态系数定标能被用于其它IIR滤波器实现，包括有多极点和零点的滤波器。通过用动态系数定标方法，在RSSI通道163中的IIR滤波器也能用作为在功率控制数据通道161(示于图2中)中的信道估计滤波器。这个用动态系数定标的IIR滤波器能被扩展到任何有不同带宽的IIR滤波器装置。

通常，滤波器系数集能被表示为： ${\mathrm{\α}}_1=\underset{i=j}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\left\{c\right[i\left]2^{-i}\right\},$ 其中，c[i]的值能编程为0或1，产生较小的系数值的第二个集能被表示为： ${\mathrm{\α}}_2=\underset{i=j+m}{\overset{k+m}{\mathrm{\Σ}}}\left\{c\right[i-m\left]2^{-i}\right\}.$ 通过变量代换，可以看到： ${\mathrm{\α}}_2=\left[\underset{i=j}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{2}^{-m}\right\{c\left[i\right]2^{-i}\left]\right\}=\left[2^{-m}\underset{i=j}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\right\{c\left[i\right]2^{-i}\left]\right\}=2^{-m}{\mathrm{\α}}_1.$

如所示，系数集α₂是系数集α₁简单的定标变形。因此，对应于系数集α₂的带宽能由时分用系数集α₁实现的滤波器达到。当用系数集α₂带宽的任何时候，在一极点IIR滤波器中，到位移位-和-加框的输入简单地由2-m定标。m的值随对应于两系数集的带宽差的增加而增加。因为由单个值定标不需要另外的硬件，通过仅加用于时分多路传输输入信号到位移位-和-加框所需的门到RSSI滤波器，功率控制数据通道滤波器能被实现。

因为RSSI通道163和功率控制数据通道161(示于图2中)时分用动态系数定标的IIR滤波器250，输入信号能是在RSSI通道163中的平方框230的输出，或是在功率控制数据通道161中的线202上的导标相关信号。系数选择框350用2^-m定标器352定标加法器320的输出。基于RSSI选择信号356是关还是开，复用器354选择定标的信号或未定标的信号。选择的信号被发送到有系数集α₁的位移位-和-加框358。系数选择框350的输出端被连接到加法器360。延迟框370延迟加法器360的输出，并正反馈延迟的信号到加法器360和负反馈延迟的信号到加法器320。延迟框370的延迟，对功率控制数据通道161等于一字符时间周期，且对RSSI通道163(示于图2中)等于八字符时间周期。这些延迟及对RSSI选择信号356的定时由解调器控制单元155(示于图1中)确定。

图4是图2示出的用动态系数定标的IIR滤波器250的另一实施方案的框图。这个滤波器是以直接形式实现的一极点IIR滤波器。当然，可用其它IIR滤波器实现，且滤波器可被扩展到多极点或零点。

因为RSSI通道163和功率控制数据通道161时分IIR滤波器250，至IIR滤波器250的输入信号能是在RSSI通道163(示于图2中)中的平方框230的输出，或是在功率控制数据通道161(示于图2中)中的线202上的导标相关信号。在IIR滤波器250中，延迟框470对RSSI通道163将加法器420的输出延迟八字符时间周期，且对功率控制数据通道161将加法器420的输出延迟一字符时间周期。系数选择框450用2^-m定标器452定标延迟框470的输出。基于RSSI选择信号456是关还是开，复用器454选择定标的信号或未定标的信号。解调器控制单元155(示于图1中)控制延迟框470的延迟及RSSI选择信号456的定时。选择的信号被发送到有系数集α₁的位移位-和-加框458。系数选择框450的输出被负反馈到加法器420。

因此，用动态系数定标的CDMA功率控制信道估计提供低成本方法，以快速解调嵌入CDMA业务信道信号中的功率控制指示指令。虽然上文描绘了用动态系数定标的CDMA功率控制信道估计的元件和功能，在本发明的真实精神和范围内，本领域的技术人员能采用较少或另外的功能。本发明仅由所附权利要求限定。

Claims (10)

1、解调器，包括：

瑞克(rake)分支相关器，用于确定导标相关信号和数据相关信号；

接收的信号强度指示指令(RSSI)通道，耦合到所述瑞克分支相关器，以确定来自所述导标相关信号的RSSI值信号；

主数据通道，耦合到所述瑞克分支相关器，以确定来自所述导标相关信号和所述数据相关信号的主数据信号；和

功率控制数据通道，耦合到所述瑞克分支相关器，以确定来自所述导标相关信号和所述数据相关信号的功率控制数据信号。

2、如权利要求1所述的解调器，其中所述RSSI通道包括：

累加器，用于在预定数的字符周期上求和所述导标相关信号，以确定有实部和虚部的平均的导标相关信号；

平方框，耦合到所述累加器，用于平方和求和所述平均的导标相关信号的实部和虚部，以确定能量估计信号；和

用动态系数定标的无限周期冲激响应(IIR)滤波器，耦合到所述平方框，用于用第一系数集滤波所述能量估计信号，以确定所述RSSI值信号。

3、如权利要求2所述的解调器，其中所述主数据通道包括：

信道估计滤波器，用于滤波所述导标相关信号，以确定第一滤波的导标相关信号；

复共扼发生器，耦合到所述信道估计滤波器，以确定第一滤波的导标相关信号的复共扼；和

复乘法器，耦合到所述复共扼发生器和所述瑞克分支相关器，以把所述第一滤波的导标相关信号的复共扼与所述数据相关信号相乘。

4、如权利要求3所述的解调器，还包括：

第一延迟部件，耦合在所述瑞克分支相关器和所述复乘法器之间，以将所述数据相关信号延迟第一预定的时间量。

5、如权利要求4所述的解调器，其中所述第一预定的时间量等于由所述信道估计滤波器引起的延迟。

6、如权利要求3所述的解调器，其中所述功率控制数据通道包括：

所述用动态系数定标的IIR滤波器，用于用第二系数集滤波所述导标相关信号，以确定第二滤波的导标相关信号；

所述复共扼发生器，耦合到所述用动态系数定标的IIR滤波器，以确定第二滤波的导标相关信号的复共扼；和

所述复乘法器，耦合到所述复共扼发生器和所述瑞克分支相关器，以把所述第二滤波的导标相关信号的复共扼与所述数据相关信号相乘。

7、如权利要求6所述的的解调器还包括：

第二延迟部件，耦合在所述瑞克分支相关器和所述复乘法器之间，以将所述数据相关信号延迟第二预定的时间量。

8、如权利要求7所述的解调器，其中所述第二预定的时间量等于由所述用动态系数定标的IIR滤波器引起的延迟。

9、如权利要求6所述的的解调器包括：

实部提取器，耦合到所述复乘法器，用于提取所述复乘法器的输出的实部，以确定主数据信号和功率控制数据信号。

10、用于解调在通信信道上发射的接收的扩频信号的方法，包括步骤：

确定来自接收的扩频信号的导标相关信号和数据相关信号；

用信道估计滤波器滤波所述导标相关信号，以产生第一滤波的导标相关信号；

时分用动态系数定标的滤波器，以用第一滤波器系数集确定来自导标相关信号的接收的信号强度指示指令(RSSI)值信号，并用第二滤波器系数集确定来自导标相关信号的第二滤波的导标相关信号；

相干地检测来自所述第一滤波的导标相关信号和所述数据相关信号的主数据信号；和

相干地检测来自所述第二滤波的导标相关信号和所述数据相关信号的功率控制数据信号。

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