专利名称：无线通信系统中的反向链路相关滤波器的制作方法
相关申请本申请要求申请号为60/184,364，名称为“无线通信系统中反向链路相关滤波器”，于2000年2月23日提交的美国临时专利申请的优先权。相关申请还有共同未决美国专利申请号09/497,440，于2000年2月3日提交，名称为“无线通信系统中导频符号辅助调制和解调”。
一个典型CDMA无线系统包括多个数据信道，例如接入信道和业务信道(更多的信道取决于CDMA系统的设计)。在反向链路中，业务信道用于传送用户数据和话音，还有信令消息。接入信道由移动台(MS)使用，例如手机，当MS没有被分配业务信道时，用于和基站(BS)交换控制信息。尤其是，MS使用接入信道发起呼叫并响应寻呼和指令。CDMA系统中的数据信道具有不同的功能和数据速率。设计为在不同信道传输数据的MS中的接收机需要各种类型的相关滤波器(CF)和用于不同数据速率的数字信号处理(DSP)结构。该要求增加了复杂性和接收机的设计成本。
所以，总体上需要一种无线系统具有灵活、不复杂的接收机设计。无线系统尤其要在接收机中提供单一相关滤波器(CF)，可用来接收所有数据信道的数据。接收机设计还需要有一个相关滤波器，用于所有数据信道并且可DSP编程，以提高系统的灵活性。
根据本发明方法的一个实施例，在CDMA无线系统中只用一个普通相关滤波器(CF)设计。在该无线系统中提供不同数据速率的多个信道。在该无线系统中提供的信道包括接入信道、维护信道和业务信道，在业务信道中信息(例如导频或数据符号或两者兼而有之)按照一级(基本解扩速率)、二级和三级速率发送。发送信息的数据速率可通过外部可编程处理器编程。用户唯一代码，比如PN码(或正交码，Walsh码)，被加到在无线系统信道中发送的信息中。信息被QPSK调制并在任何一个信道以任何速率发送。所发送信息在无线系统相关滤波器(CF)中使用时间复用按基本解扩率(即一级速率)相关。基本解扩率可以是每符号4个或8个码片。再将已相关信息解复用和QPSK解调。根据需要，解调信息按一级数率(基本解扩率)的适当整数倍累加以获得二级和三级速率。一个或多个信号分量(按接收功率、信噪比或多径宽度)在一个窗口或时间周期内被选择，以便优化信息恢复。选择步骤还可根据预编程的时间校准来实现。此外，可提供和合成来自解调信息的三路输出用于时间分集。空间分集通过在无线系统的多个接收机中设计一个普通相关滤波器来获得。根据本发明，所有的处理步骤用一个普通相关滤波器(CF)就可方便地完成，不用额外的相关器或相关滤波器来处理接收的具有多速率的信息。
优选实施例详述见
图1，根据本发明，发射机10和接收机20通过一个典型的无线系统中的反向链路通信。图1中，发射机10，Tx1，是移动台(MS)或移动蜂窝电话的一部分，与接收机20，Rx 2通信，后者是基站(BS)的一部分。数字信息在发射机10按基本速率编码或扩频为发送速率(或码片速率)。用户唯一数字码(签名或扩频顺序)被加到发送的数字信息，这增加了带宽。数字码的应用，比如伪随机噪声(PN)码，主要包括带有PN码(或正交码，Walsh码)的发送数字信息的相乘或逻辑XOR(异或)运算。生成的发送数据序列或码片再在发射机10进行QPSK调制以产生输出信号。该输出信号加到其他类似处理的输出信号用来通过通信媒介多信道传送给接收机20。多用户输出信号方便地共享一个传输通信频率，多个信号在频域和时域上好像互相叠加。由于使用的数字码是正交的且是用户唯一的，每个通过共享通信频率发送的输出信号类似地唯一，并能够在接收机20处通过相应的处理方法相互区分。
接收机20包括相关滤波器CF 3，由现场可编程门阵列FPGA 5和数字信号处理器DSP 4构成。接收机20中，接收信号被QPSK解调，并且合适的有用用户数字码被施加(即乘以)到信号来解扩并从所需发送信号中去掉编码，并恢复为基本速率。当使用数字码(即PN码，正交码，或Walsh码)到其它发送和接收信号时，这些信号保持其码片速率不解扩。
该解扩运算主要包括将接收信号与合适的数字码比较进行相关处理。与QPSK一致，发送数据流或码片包括同相分量(I)和阶段正交分量(Q)，是复信号的实部和虚部。解扩通过接收机20将接收复信号的I/Q分量与相应的数字码或信号流相关运算。这使用无线系统信道中为所有速率设计的一个相关滤波器(例如CF 3)来完成。
在本发明优选实施例中，典型的无线系统在反向链路提供一个接入信道11，一个维护信道12和一个业务信道13。相关滤波器CF 3为DSP可编程(即由DSP 4控制)，并能设置运行在信道11，12和13三个中任何一个信道接收数据需要的数字信号处理，并按所有用户速率。在相关滤波器CF 3和数字信号处理器4处理后，恢复来自发射机10的原始数据。该系统和根据本发明的各种实施例将在下面进一步详细描述。
图2描述根据本发明实施例在接入，维护和业务信道发送的数据/导频符号帧结构。
在该特殊实施例中，当未分配任何业务信道时，接收机20使用接入信道(例如图1接入信道11)和发射机10通信。该接入信道提供用户一个共享数据信道用于请求接入CDMA系统。该维护信道(即图1维护信道12)保持发射机的时钟，而接收机在反向链路使用多个导频符号，在维护信道不发送任何数据信号。该维护信道提供用户在非激活期与CDMA系统保持同步的功能。来自发射机的用户数据和信令消息(即导频符号)在业务信道(例如图1业务信道13)发送到接收机Rx 2。
根据本发明该无线系统提供三级数率，即一级(基本解扩率)，二级和三级，用在信道(接入信道11，维护信道12和业务信道13)中。按一级，该发射机每符号发送8个码片到接收机。按二级，该发射机在反向链路每符号发送32码片到接收机。根据本发明，发射机按三级在典型无线系统反向链路中每符号发送128个码片。在接入、维护和业务信道发的数据在下面进一步详细描述。
当使用接入信道在反向链路中发送一帧数据和/或导频符号，该帧包括一个报头，后面是数据，另一个报头和数据(图2)。该帧使用现有技术的QPSK(正交相移键控)调制，并使用唯一数字码来信道化(扩频)，比如也现有技术的伪随机噪声(PN)码。
当在接入信道中发送调制帧时，对接入信道提供三种接入运算模式，即报头模式，导频模式和数据模式。一个PN的初相标志一帧结束和另外一帧开始。接入信道中一帧的报头包括按二级速率(即该帧中每符号32码片)发送的多个导频符号。在报头模式下，只发送导频符号而不发送任何数据符号。
该帧中报头后的数据在接入信道中发送，包括多个按二级速率即每符号32个码片)交织的数据信号和导频符号。DSP 4中的模式控制器控制接入信道的操作模式和报头，导频和数据模式间的切换。
当在维护信道发送一帧时，该帧包括表示为P1，P2，P3，...，P128的多用户信息，但不包括任何每用户两个导频符号时分复用(TDM)的数据。速率为三级每符号有128码片(图2)。维护信道中只提供一种操作模式，即导频模式。
当在反向链路业务信道中发送一帧时，提供两种发送模式，即导频模式和数据模式。一帧包括导频和数据信号，这里导频符号置于数据符号周期间隔中。该数据和导频符号可按任何数率发送；按一级速率(即每符号8个码片)，二级速率(每符号32个码片)和三级(每符号128个码片)。该数据信号和导频符号率同样速率发送。类似地，DSP 4中一个模式控制器控制业务信道的操作模式和导频模式与数据模式的切换。
图3描述具有现场可编程门阵列(FPGA 5)并根据本发明数字信号处理器(DSP)4控制的接收机。该FPGA 5包括一个FPGA导频后期处理器33，一个FPGA数据后期处理器35，伪随机噪声(PN)码发生器46和一个有CF核心31的相关滤波器CF 3。该带有相关滤波器CF 3的现场可编程门阵列FPGA 5，和数字信号处理器DSP 4包括在接收机20中，用来恢复发射机10发送的原始数据。该CF核心31用于在三个信道(接入，维护和业务)11，12和13中接收数据的解扩。该数字信号处理器DSP 4用于控制和后期处理现场可编程门阵列FPGA 5的输出。
DSP 4包括一个模式控制器41，指示信道选择(从接入，维护和业务信道)用来发送数据和/或导频符号。DSP 4还包括一个导频DSP后期处理器34和一个DSP数据后期处理器36，提供在接收机20接收的多径导频符号辅助QPSK解调。导频符号辅助解调在共同未决美国专利申请序号为09/497,440中描述，名称为＂无线通信系统中导频符号辅助调制和解调＂，这里引为参考。
图4描述一个典型的现场可编程门阵列(FPGA)5，具有相关滤波器(CF)核心31，用于根据本发明无线系统中的所有信道。该CF核心根据本发明运行8码片和64相关延迟的复杂相关，而当64相关延迟处理时，不允许有任何数据损失。一个相关延迟是一个时间瞬时值，PN码(或正交码，Walsh码)保持恒定，使得在接收机20接收的数据是基于PN码(或正交码，Walsh码)相关并产生对应的输出。相关延迟独立于信道类型和速率计算。这可用一个允许多个8码片相关与相同引擎相关运算的单时间复用8码片相关器引擎(即CF核心31)方便地获得。此外，本发明方便地提供能力产生8码片相关的整数倍(例如32或128个码片s)用于更大相关长度。根据本发明CF核心的操作下面进一步详细描述。
如图4所示，现场可编程门阵列5包括一个有CF核心31的相关滤波器CF 3，一个有相关器模式缓存401～408的PN(伪随机噪声)码发生器46，一个复用器(MUX)44，一个窗口处理器43，一个解复用器(DEMUX)45，和符号处理器411～418。CF核心31(参见图5有更详细的描述)为一个相关引擎，为单8码片相关模块，提供所有信道(即接入，维护和业务信道11，12和13)的解扩。CF核心31为基本相关引擎，可用于得到任何x-码片相关，x为8的因子，为从发射机10接收的数据和/或导频符号的QPSK调制帧的因子。
接收机20(Rx 2)中的PN码发生器46产生发射机10(Tx1)使用的PN码(或正交码，Walsh码)的本地PN引用。PN码发生器46为DSP可编程并由DSP 4(图3)控制来产生适当的PN码阶段。每个用户使用的PN码(或正交码，Walsh码)阶段在发射机-接收机建立连接期间建立，并保持固定使用户持续呼叫，即在连接到无线系统时间。
来自PN码发生器46的PN码阶段用于各个相关器模式401～408。该输出或相关器模式为可选，例如通过MUX 44在CF核心31持续处理。每个相关器模式长度为8个码片。具体地说，该MUX 44调用8个码片到缓存中，码片来自一个相关器模式的PN码(或正交码，Walsh码)的PN引用数据，使得时间复用CF核心31在适当的时间能够使用PN引用。PN码(各自来自相关器模式401～408)的8个码片保持在缓存中达64个码片周期，并用于解扩从发射机10接收的数据。CF核心31在通过PN引用时为从MUX 44接收的波形每个移位产生一个相关值。时间复用CF核心31允许用单一相关引擎产生多个相关延迟。
假设从发射机10接收的调制帧被以四倍于一般系统设置取样率过采样，256相关延迟被提供在64码片周期。此外，时间复用允许单一8码片相关器引擎(例如CF核心31)提供多个相关延迟而无数据损失。将该过程重复用于PN码(或正交码，Walsh码)的后8个码片。
相关核心31运行复相关。即每个CF核心31输出四个实相关值其中一个值。相关值为8码片复相关的结果，8码片在相关引擎中分解为四个实8码片相关。四个实相关的结果代表复数相乘中四个实乘法，如下公式(a+jb)*(c+jd)＝ac-bd+jbc+jad (等式1)其中ac＝II，bd＝QQ，be＝QI和ad＝IQ
8码片复相关对应于最小的解扩因子，用在根据本发明的无线系统中，这里对于一级速率(基本解扩率)为8个码片。无线系统中所有其他的速率是8的倍数，所以可通过多个8码片相关输出的相加来产生。如果相关延迟的数量大于8个码片(即PN码(或正交码，Walsh码)保持为多于8个码片的常数)，后面8码片时间周期将已通过而对后面的数据不能进行正确的相关运算。所以需要不止一个模式，而且相关器的数量取决于需要的相关延迟数。
图5为时钟图，描述典型的时间复用，8码片用一个根据本发明的伪随机噪声(PN)码复相关。由于无线系统中根据本发明相关延迟的数量确定为64个码片，提供方法用于与时间移位并发的相关运算，正确地与后面56码片相关。所以，8码片时间复用相关在时间上按8个码片交叉排列。即对于每8个码片，当前面的相关还在运行时，新的相关就开始了。所以，如果在CF核心31中的8码片复相关输出有64相关延迟，就处理8个不同的8码片相关器模式(例如图4401～408)，8个码片每个间隔使得没有任何数据丢失，如图5所示。相关器模式(例如相关阶段1～8)的8个阶段中每一个阶段移位8个码片，在图5中用负载信号LD表示。一旦调用PN码(例如来自PN码发生器46)的8个码片，相关器模式的每个阶段生成相关延迟的64个码片，用于在图5中显示为ST的8PN码片存储运算。为避免丢失后面56个数据码片，7个相关器模式的其他阶段提供PN码的后面56码片，以及64个码片用于计算PN码的8个码片的相关延迟。在每个相关器阶段(例如相关阶段1～8)，CF核心31产生相关延迟一级符号。有效数据64相关延迟的每个阶段时间移位，示于图5，例如阶段1所有可能有用数据，阶段2所有可能有用数据。8码片时间复用相关引擎(例如CF核心31)生成4个实分量或一个一级符号的复相关，每个有相关延迟的64个码片。CF核心31时间复用周期长度为8信号，这里一级数据8信号在每个周期生成。
图4中的窗口处理器43，解复用器(DEMUX)45和符号处理器411～418一起用QPSK解调从发射机10接收的数据。这里描述一个典型的QPSK解调，参见共同未决美国专利申请号09/497,440申请，提交日期为2000年2月3日，名称为“无线通信系统中导频符号辅助调制和解调”。窗口处理器43根据从导频后期处理的信道评估对接收信号相位解调(图3)。另外，窗口处理器43将对应于每个来自CF核心一级符号的相关值运行复数相乘，并输出用于估计信道的导频后期处理器信号。
DEMUX 45带有时间复用CF核心31和窗口处理器43的输出，生成每个一级符号相关延迟的64个码片，并路由到其相应的符号处理器(411～418)。8个符号处理器(411～418)，一个用于在8码片复相关的8个阶段中由CF核心31生成的一级符号。符号处理器(411～418)由DSP 4编程从窗口处理器43输出选择适当的多径。符号处理器获得与达三个多径关联的相关延迟的DSP可编程数，并相加相关延迟形成三路输出(图3和4)。从符号处理器的输出总是按一级速率(基本解扩率)，从中DSP 4能够累加该输出来获得二级和三级速率。另外，对于二级速率(32码片)，四路输出从符号处理器按一级速率(为基本解扩率)相加。对于三级速率(128个码片)，16路输出从符号处理器按一级速率相加。
图6描述根据本发明无线系统所有信道的导频后期处理，即接入信道，业务信道和维护信道。在每个三种信道类型中，一部分发送信息包括导频符号。导频符号为恒定值，是接收机20用来评估每个接收多径信道条件。在DSP 4(图3)的模式控制器41指示导频在接入，业务或维护信道处理，导频后期处理器33在接收机20(Rx 2)FPGA 5开始处理在信道中发送的导频符号。两个累加滤波器随机存取存储器(AFRAM)61和63(显示在图6)具有的单极点无限冲击响应(IIR)滤波器在导频后期处理33中提供，用于在发送信道的导频符号整合。根据其中的导频符号和IIR滤波器，得到信道评估来完成导频符号辅助QPSK解调。每个AFRAM按4采样/码片包括IIR滤波器导频符号64相关延迟。这样允许接收机20有64个码片的延迟扩频范围，来按一个码片时间分辨率搜索接收的多径。
AFRAM 61(以及类似地，AFRAM 63)可作为单极点IIR滤波器，系数为α和β。现有技术的IIR滤波器为数字滤波器，按递归方式线性地处理采样数据。即IIR滤波器连续采样数据信号按固定周期线性地处理和转换采样。单极点IIR滤波器有两种系数，α和β，控制AFRAM的功能。系数(α和β)为DSP可编程并由DSP 4控制。根据选择的系数，A FRAM(61或63)能服务三种功能，即存储(或尤其涉及，随机存取存储器或RAM)，累加和滤波。作为RAM，AFRAM对一级导频符号存储256相关延迟数据。作为累加器，AFRAM累加多个一级导频符号相关数据，产生二级或三级数据。作为滤波器，AFRAM为单极点IIR滤波器，当信道有噪声和干扰时，滤波数据按一级，2或3速率估算导频符号。当IIR滤波器β系数等于0，IIR滤波器不回馈，即不滤波，而AFRAM 61(类似地AFRAM 63)作为采样RAM(图6)存储来自加法器621(或AFRAM 63的加法器623)的输入。如果β系数等于1，AFRAM 61(类似地AFRAM 63)作为简单累加器累加来自加法器621(或AFRAM 63的加法器623)的输入。如果β系数在0和1之间，AFRAM 61(类似地AFRAM 63)作为滤波器。事实上通过控制控制系数(例如通过DSP 4)，AFRAM 61(类似地AFRAM 63)可作为简单RAM来存储数据，累加数据输入的累加器，或滤波数据信号的滤波器。这样允许系统任何一个一级，二级和级-3速率处理输入数据，并在DSP 4指定时间周期整合导频符号，即按一级，二级或三级的多个级导频符号。
图6还包括MAFRAM 65，是幅度累加过滤随机存取存储器(MAFRAM 65)。MAFRAM 65还包括单极点IIR滤波器，包括IIR滤波导频符号的64相关延迟。类似地AFRAM 61和AFRAM 63，MAFRAM65有系数α和β，功能像存储器、累加器和滤波器。系数为DSP可编程并由DSP 4控制。MAFRAM 65有类似地AFRAM(61或63)的3种功能，但是根据来自AFRAM的幅度平方数据。如同RAM，MAFRAM 65存储一个导频符号数据的256相关延迟。
见图6例子，在维护信道，导频符号仅按三级速率发送。TDM维护信道包括两个导频符号，每符号128个码片。四个实相关输出，每个用户两个导频符号的同相阶段和正交阶段分量(I和Q)分别用AFRAM 61和AFRAM 63存储，累加和滤波。四个实相关输出表示为Lrxlref，QrxIref，LrxQref和QrxQref。AFRAM 61和AFRAM 63按三级速率分别处理两个信号(每符号128个码片)I和Q。另外，由于导频符号在维护信道发送，速率大于一级速率(为基本解扩速率)，AFRAM 61(类似地AFRAM 63)累加有滤波器的导频符号。通过设置AFRAM 61(类似地A_FRAM 63)的β系数为1进行累加。通过设置AFRAM 61(类似地AFRAM 63)的恒定β系数为在0和1值之间来完成滤波。只要处理该帧，AFRAM 61(类似地AFRAM 63)覆盖以前数据，并存储/累加在维护信道发送的下一个用户的导频符号。
在AFRAM 61和63处理后，滤波I和Q(分别表示为Pcos和Psin)分别在平方器625和627平方。平方AFRAM-滤波I和Q分量，在加法器629相加，并传送到MAFRAM 65，其输出为后期处理信号。
图6A描述MAFRAM 65恒定系数设置，AFRAM 61和63按一、二、三级速率。导频符号(表示为P在数据类型列)显示紧靠数据信号(表示为D)，有相应的AFRAM和MAFRAM系数设置。α和β系数设置直观地表述AFRAM用做RAM、累加器和滤波器，而MAFRAM仅用做RAM。
图6B为更详细附图，描述根据本发明AFRAM或MAFRAM实施例，例如图6AFRAM 61，63或MAFRAM 65，为基本IIR滤波器。将信息输入乘法器631，再相乘系数。RAM 635为随机存取存储器，存储256码元信息。来自RAM 635的存储信息在乘法器637相乘β系数。该数据乘以增益系数α和β，在加法器633相加，然后传送到RAM 635供存储和输出。
参照图6，AFRAM 61，AFRAM 63，MAFRAM 65，和时间-复用相关引擎(例如CF核心31)一起，提供在64码片窗口搜索导频符号能力。导频符号搜索为DSP可编程过程，用于在存储于MAFRAM的接收多径功率中，搜索一个或多个信号分量(按照接收功率，信噪比或多径宽度)。还能根据预编程时间校准完成搜索。将AFRAM滤波的I和Q值平方和相加，用于多径搜索处理67，来选择一个或多个信号分量(按照接收功率，信噪比或多径宽度)，在图7和7A中描述。还能根据预编程时间完成排列选择。DSP 4的导频后期处理器34确定有用的多径信号进行最大比合并来实现分集，下面进一步详细描述。DSP 4然后将最佳多径传送至符号处理器411～418(图4)在数据后期处理电路35(图3)供导频符号辅助QPSK解调和数据信号的恢复。
图7描述根据本发明多径功率波形的搜索处理。从64码片搜索窗口选择三路峰值1，2和3用于解调。通过处理连续通过MAFRAM的数据，选择一个或多个信号分量(根据接收功率，信噪比或多径宽度)。还能根据a预编程时间校准完成选择步骤。选择处理允许DSP 4识别多径响应，用于数据信号的解调和恢复。在该选择过程中，从发射机接收数据中选择多径效应中最大的峰值(或最需要的信号分量)解调波形，并分配一个窗口(按照时间或一个时间周期)。再次检查多径响应，选中最大峰值(峰值1(或最需要的信号分量))窗口，并选择第二个最大的峰值(或第二个最需要的信号分量)，分配一个窗口。再一次检查多径响应，选中最大的峰值(峰值1(或最需要的信号分量))和第二个最大的峰值(峰值2(或第二个最需要的信号分量))窗口，并选择第三个最大的峰值(峰值3(或第三个最需要的信号分量))且分配一个窗口。该相同过程步骤重复直到选择第N个最需要的信号分量。完成该选择过程后，三个峰值1，2，3(且/或一直到N)提供给数字信号处理DSP 4。
图7A的流程图描述根据本发明的一种实施例，多径响应峰值的多径搜索处理。AFRAM-滤波的I和Q平方相加值存储在MAFRAM 65(图6)中。存储在MAFRAM 65的信息用于在64码片窗口搜索处理多径，如图7所示。在图7A步骤71，最大的峰值(或最需要的信号分量)按照接收的多径功率存储为指标(index)1及其幅度存储为最大功率1。在步骤72，设置一个消隐(blank-out)区1。对于下一个多径响应检查，该消隐区被忽略。另外，该消隐区由低限1和高限1定义如下低限1＝指标1-窗口 (等式2)高限1＝指标1+窗口 (等式3)其中，窗口表示在下一过程不应被搜索的多径响应的长度。在步骤73，多径响应的最大的峰值(或最需要的信号分量)通过检测多径响应来选择，同时忽略消隐区1。有效地，全部多径响应中的第二个最大的峰值(或第二个最需要的信号分量)被选择，并被存储为指标2，其幅度存储为最大功率2。在步骤74，另一个消隐区2用低限2和高限2定义如下低限2＝指标2-窗口 (等式4)高限2＝指标2+窗口 (等式5)在步骤75，根据多径响应接收功率(或信噪比，多径宽度)，通过检测多径响应并忽略消隐区1和2，选择最大的峰值(或最需要的信号分量)。还能根据预编程时间校准完成该步骤的选择。有效地，选择在全部多径响应中的第三个最大的峰值(或第三个最需要的信号分量)，并存储为指标3及其幅度存储为最大功率3。在步骤76，设置一个额外的消隐区3，具有如下低限3和高限3低限3＝指标3-窗口(等式6)高限3＝指标3+窗口(等式7)在步骤77，将多径响应的噪声功率存储。噪声功率是所有多径响应中剩余功率之和。特别地，通过相加多径响应在窗口的所有功率成分，获得噪声功率，并忽略消隐区1，2和3。然后将噪声功率报告给DSP 4。
在每个导频符号处理后，多径响应中按照接收功率(或信噪比，多径宽度)的最大峰值(或最需要的信号分量)，以及MAFRAM 65的噪声功率信息可用于DSP 4。有了该信息，DSP 4导频后期处理器34决定，对于实现分集最大比例合并哪个多径有用，下面进一步详细描述。DSP 4然后传送最佳的多径给在数据后期处理器35(图3)中的符号处理器411～418(图4)，用于导频符号辅助QPSK解调和数据符号恢复。
根据本发明，图8描述无线系统信道数据后期处理，尤其涉及，在接入信道和业务信道的数据后期处理。在接入信道或业务信道数据模式，数据信号然后按为基本解扩率的一级速率处理。基本解扩率可以是每符号4或8个码片。在维护信道没有任何数据信号发送。
当DSP 4(图3)模式控制器41指示接入信道中的数据模式，数据信号按照一级速率处理。四个PN引用相关值，即Irxlref，Qrxlref，QrxQref和IrxQrefare分别输入窗口处理器43(图8和图4)，包括乘法器811，812，813和814。窗口处理器43运行复数解调或将接收的相关值Irxlref，Qrxlref，QrxQref和IrxQref乘以由AFRAM 61，63和导频后期处理器33估算的导频符号。Irxlref和QrxQrefare和相乘theAFRAM滤波器的同相分量I(例如从AFRAM 61输出的Pcos81)，QrxIref和IrxQref乘以AFRAM滤波的正交分量Q(例如从AFRAM 63输出的Psin83)。各部分去旋转或相乘后，将结果在窗口选择单元801，802，803和804分别输入，用于基于导频搜索处理在64码片窗口的多径选择，如同这里和在图7和7A描述的。该导频符号辅助解调过程生成QPSK输出，被发送到QPSK信号并列模块。有窗口处理器的门阵列接收相关滤波器核心的输出，并生成相位补偿输出，其中使用复数乘法器用于每个8码片符号的所有相关延迟。
因为相关核心的时间复用结构，涉及到每个一级数据信号相关值的64个码片没有在适当的顺序，并要求时间解复用产生适当排序的数据信号。根据在电路801，802，803和804的窗口选择完成后，四个实相关在加法器821和823合成为I和Q，并在DEMUX 45解复用。
解复用后，DEMUX 45输出每个一级数据符号的64码片相关延迟给电路831和833中相应的符号处理器。有8个符号处理器(电路831，833中的411～418)，每一个对应每个一级数据符号，该符号由CF核心31在8码片相关的8个阶段产生，如这里和在图4和5描述的那样。一个单元833中的符号处理器(411～418)采用DSP可编程数的相关延迟，这些延迟对应于三路多径并相加相关延迟形成三路输出。用于所有三路多径的低指标(低限1，2和/或3)和高指标(高限1，2和/或3)确定哪个相关延迟用来形成三路输出。DSP 4运行进一步整合一级数据信号来提供二级和三级数据信号。该过程通过相加四个一级数据信号来产生二级数据信号，和相加16个一级数据信号产生一个三级数据信号。DSP 4然后将三路输出合并为单一信号分集输出。
还参照图8，DSP 4还提供数据信号(在数据后期处理器36)后期处理归一化符号处理器输出，使用绝对值平方根产生电压信号。该归一化很需要，因为复数解调或相乘根据运算接收的信号功率导频符号功率(或信噪比，多径宽度)。为了根据三路输出最大比合并(MRC)产生适当的分集合并，需要归一化来产生电位信号。绝对值(表示接收功率幅度)在电路841和843获得。而后绝对值电路841，843的信号平方根在平方根电路步骤851和853产生。其次，平方根电路851，853的输出分别在除法器861和除法器863中缩小比例。使用这里描述的MRC，三路输出在相加电路871和873合成得到每个I和Q输出分量。
另外一种分集为空间分集，原理为在发射机或接收机提供多个天线，发送相同的数据信号来提供合并或选择数据信号所需的分集。空间分集，通过提供根据本发明在每个天线接收机无线系统中使用相同的相关滤波器设计来实现。
图9流程图描述根据本发明方法空间分集的实施例。该方法通过在无线CDMA系统使用单一的普通相关滤波器(CF)来实现。该系统有多个不同的速率信道，包括接入信道，维护信道，和业务信道，其中信息(例如导频或数据信号或两者兼而有之)按一级，二级和三级速率发送，和这里与图2的描述一样。发送信息的速率可用数字信号处理(DSP)编程。首先，将用户唯一码，比如PN码(或正交码，Walsh码)，加到在无线系统信道发送的信息(步骤93)。在步骤94，将信息QPSK调制并在任何一个信道发送。发送信息使用时间复用以基本解扩率(即，一级速率)在无线系统相关滤波器(CF)中被相关(步骤95)。基本解扩率可以是每符号4或8个码片。再将相关信息解复用(步骤96)和QPSK-解调(步骤97)。将解调信息按照一级速率适当的多个整数倍相加(步骤98)，获得二级和三级速率，如同这里和图4描述。一个或多个信息多径响应的信号分量(按照接收功率，信噪比或多径宽度)在一个窗口或时间周期选择来恢复最佳信息，如同这里和图7和7A描述。该选择步骤还能根据预编程时间校准来完成。此外，在步骤99三路解调信息输出能提供和合成用于时间分集，如同这里和图8描述。根据本发明，所有处理步骤使用单一普通相关滤波器(CF)就可方便地完成，无需其他相关器或相关滤波器来处理具有多个速率的接收信息。
尽管以上参照优选实施例详细描述了本发明，但本发明并不限于这些实施例或这里公开的具体形式。本领域技术人员可以理解有许多形式和细节上的修改，而不背离本发明的实质和范围。类似地，这里描述的任何过程步骤可以和其他步骤互换，获得基本上相同的结果。所有这些修改包括在本发明的范围内，该范围由所附权利要求书及其等同内容来限定。
权利要求
1.在具有不同数据速率的多个信道的码分多址(CDMA)通信系统中，一种方法包括以下步骤将用户唯一码加到在信道中发送的信息中；调制该信息；按基本解扩率采用时间复用在单一相关滤波器相关处理所发送的信息；解复用已相关的信息；解调已相关的信息；以及按大于或等于基本解扩率相加已解调信息以获得其他不同数据速率的信息。
2.权利要求1的方法，其中，用户唯一码为伪随机噪声(PN)码。
3.权利要求1的方法，其中，用户唯一码为正交码。
4.权利要求1的方法，其中，用户唯一码为Walsh码。
5.权利要求1的方法，其中，调制和解调步骤使用QPSK(正交相移键控)完成。
6.权利要求1的方法，其中，在任一信道中的信息包括按特定已知顺序交织的导频符号和数据符号。
7.权利要求1的方法，还包括步骤相加步骤后，基于从插入到发送信息波形的导频符号的信道评估按照接收功率来选择一个或多个信号分量。
8.权利要求1的方法，还包括步骤相加步骤后，基于从插入到发送信息波形的导频符号的信道评估按照信噪比来选择一个或多个信号分量。
9.权利要求1的方法，还包括步骤相加步骤后，基于从插入到发送信息波形的导频符号的信道评估按照多径宽度来选择一个或多个信号分量。
10.权利要求1的方法，还包括步骤相加步骤后，根据预编程时间校准来选择一个或多个信号分量。
11.权利要求1的方法，其中，通过使解调步骤提供两个或更多解调信息输出以及将这些输出合并为一个输出来提供时间分集。
12.权利要求11的方法，其中，所述多个输出用最大比合并(MRC)合成为一个输出。
13.权利要求1的方法，其中，信道包括一个接入信道、一个维护信道和一个业务信道。
14.权利要求1的方法，其中，基本解扩率为每符号8码片。
15.权利要求1的方法，其中，基本解扩率为每符号4码片。
16.权利要求1的方法，其中，所述加入、相关、解调和相加步骤中任何一个步骤可通过一个外部可编程处理器编程。
17.权利要求1的方法，其中，所述加入、调制、发送、相关、解调和相加步骤中任一步骤在业务信道中完成。
18.权利要求1的方法，其中，所述加入、调制、发送、相关、解调和相加步骤中任一步骤在接入信道中完成。
19.权利要求1的方法，其中，所述加入、调制、发送、相关、解调和相加步骤中任一步骤在维护信道中完成。
20.权利要求1的方法，其中，通过提供多个天线以及位于一个地方的多个接收机，并在系统的每个接收机处提供相同的单一相关滤波器，来实现空间分集。
21.权利要求1的方法，还包括步骤(a)相加步骤后，按照一个时间周期中多径响应的接收功率来选择最需要的信号分量；(b)存储最需要的信号分量的幅度；(c)设置由第一个高限和第一个低限确定的所述最需要信号分量的第一个消隐区；(d)忽略第一个消隐区，选择在时间周期内第二个最需要的多径响应信号分量；(e)设置由第二个高限和第二个低限确定的所述第二个最需要信号分量的第二个消隐区；以及重复步骤(a)，(b)，(c)，(d)和(e)，直到选择第N个最需要的信号分量。
22.权利要求21的方法，其中，步骤(a)和(d)中的选择是基于从插入到发送信息波形的导频符号的信道评估按照信噪比来进行的。
23.权利要求21的方法，其中，步骤(a)和(d)中的选择是基于从插入到发送信息波形的导频符号的信道评估按照多径宽度来进行的。
24.权利要求21的方法，其中，步骤(a)和(d)中的选择是根据预编程时间校准来进行的。
25.权利要求21的方法，还包括步骤设置分别由1～N个高限和1～N个低限确定的1～N个消隐区；以及相加在所述时间周期中多径响应的所有功率成分，用于噪声功率估算，而忽略所有消隐区。
26.权利要求21的方法，其中，每个信号分量的低限和高限由一个外部可编程处理器编程。
27.一种具有不同数据速率的多个信道的码分多址(CDMA)通信系统，该系统包括发射机，将用户唯一码加到在信道中发送的数据和导频信号信息并调制该信息；以及接收机，包括一个门阵列和一个外部可编程处理器，其中，所述门阵列还包括(a)码发生器，产生用户唯一码；(b)相关滤波器，具有一个普通相关滤波器核心，可用于具有不同数据速率的所有信道，所述的相关滤波器核心按基本解扩率相关所发送的信息；(c)复用器，基于时间复用将用户唯一码的各延迟阶段指向相关滤波器；(d)门阵列数据后期处理器，用于接收相关滤波器的输出并对其解调以恢复所发送的数据信号；以及(e)门阵列导频后期处理器，用于接收相关滤波器的输出并对其进行处理以恢复导频信号，以及所述外部可编程处理器还包括(a)模式控制器，连接到所述码发生器、相关滤波器、复用器、数据后期处理器和导频后期处理器，以控制系统中的信道选择；b)外部可编程数据后期处理器，用于接收并处理来自所述门阵列数据后期处理器和外部可编程数据后期处理器的信号；以及(c)外部可编程导频后期处理器，用于接收和处理来自所述门阵列导频后期处理器的信号，所述的外部可编程数据和导频后期处理器按基本解扩速率的倍数相加已解调信息，以获得其他不同数据速率的信息。
28.权利要求27的系统，其中，用户唯一码为伪随机噪声(PN)码。
29.权利要求27的系统，其中，用户唯一码为正交码。
30.权利要求27的系统，其中，用户唯一码为Walsh码。
31.权利要求27的系统，其中，在任一信道中的信息包括按特定和已知顺序交织导频符号和数据符号。
32.权利要求27的系统，其中，按照接收功率在外部可编程处理器选择一个或多个需要的信号分量用于数据处理。
33.权利要求27的系统，其中，通过提供来自相关滤波器的作为解调信息的两个或更多输出，并在外部可编程数据和导频后期处理器中采用最大比合并(MRC)将这些输出合并为一个输出，来实现时间分集。
34.权利要求27的系统，其中，信道包括一个接入信道、一个维护信道和一个业务信道。
35.权利要求27的系统，其中，基本解扩率为每符号8码片。
36.权利要求27的系统，其中，基本解扩率为每符号4码片。
37.权利要求27的系统，其中，相关滤波器(CF)核心可用外部可编程处理器的模式控制器进行编程。
38.权利要求27的系统，其中，所发送信息的相关可用外部可编程处理器编程。
39.权利要求27的系统，其中，通过提供多个天线以及位于一个地方的多个本地接收机，并在系统中每个接收机天线处提供相同的单一普通相关滤波器，来实现空间分集。
40.一种码分多址(CDMA)通信系统，具有多个不同数据速率的信道，包括一个接入信道、一个维护信道和一个业务信道，该系统包括发射机，将用户唯一码加到导频符号和数据符号信息并调制该信息；以及接收机，包括一个门阵列和一个外部可编程处理器，其中，所述门阵列还包括(a)码发生器，产生用户唯一码；(b)相关滤波器，具有一个普通相关滤波器核心，可用于具有不同数据速率的所有信道，所述的相关滤波器核心按基本解扩率相关所述信息；(c)复用器，基于时间复用将用户唯一码的各延迟阶段指向相关滤波器；(d)门阵列数据后期处理器，用于接收相关滤波器的输出并对其解调以恢复所发送的数据信号；以及(e)门阵列导频后期处理器，用于接收相关滤波器的输出并对其进行处理以恢复导频信号，以及所述外部可编程处理器还包括(a)模式控制器，连接到所述码发生器、相关滤波器、复用器、数据后期处理器和导频后期处理器，以控制系统中的信道选择；b)外部可编程数据后期处理器，用于接收并处理来自所述门阵列数据后期处理器和外部可编程数据后期处理器的信号；以及(c)外部可编程导频后期处理器，用于接收和处理来自所述门阵列导频后期处理器的信号，所述的外部可编程数据和导频后期处理器按基本解扩速率的倍数相加已解调信息，以获得其他不同数据速率的信息；其中所述的相关滤波器核心采用所述接收信号中的时间复用，按基本解扩率相关导频和数据符号；所述的门阵列根据已相关的导频符号解调并恢复数据符号；以及所述的外部可编程处理器按大于或等于基本解扩率累加解调信息，以获得所需数据符号。
41.权利要求40的系统，其中，所述的门阵列还包括时间复用器，用于将用户唯一码指向相关滤波器核心；以及时间解复用器，用于接收相关滤波器核心的输出。
42.权利要求40的系统，其中，所述的相关滤波器核心为8码片复相关引擎，产生每符号8个码片的基本解扩率。
43.权利要求40的系统，其中，所述的相关滤波器核心为4码片复相关引擎，产生每符号4个码片的基本解扩率。
44.权利要求43的系统，其中，所述的门阵列还包括窗口处理器，用于接收相关滤波器核心的输出，并用复乘法器为每个4码片符号的所有相关延迟产生相位补偿输出。
45.权利要求42的系统，其中，所述的门阵列还包括窗口处理器，用于接收相关滤波器核心的输出，并用复乘法器为每个8码片符号的所有相关延迟产生相位补偿输出。
46.权利要求40的系统，其中，所述的门阵列导频后期处理器还包括具有无限冲击响应(IIR)滤波器的两个累加滤波器随机存取存储器(AFRAM)，其功能如同存储器、累加器和滤波器，并且其中，AFRAM的滤波系数可用外部可编程处理器编程。
47.权利要求40的系统，其中，所述的门阵列导频后期处理器还包括幅度累加滤波器随机存取存储器(MAFRAM)，其功能如同存储器、累加器和滤波器，用于幅度平方来自累加滤波器随机存取存储器(AFRAM)的数据，并且其中，MAFRAM的IIR滤波系数可通过外部可编程处理器编程。
48.权利要求40的系统，其中，所述的门阵列导频后期处理还包括可用外部可编程处理器编程的多径搜索处理，其中，所述多径搜索过程在一个时间周期内按照接收功率搜索一个或更多信号分量。
49.权利要求40的系统，其中，所述的门阵列导频后期处理还包括可用外部可编程处理器编程的多径搜索处理，其中，所述多径搜索过程在一个时间周期内按照信噪比搜索一个或更多信号分量。
50.权利要求40的系统，其中，所述的门阵列导频后期处理还包括可用外部可编程处理器编程的多径搜索处理，其中，所述多径搜索过程在一个时间周期内按照多径宽度搜索一个或更多信号分量。
51.权利要求40的系统，其中，所述的门阵列导频后期处理还包括可用外部可编程处理器编程的多径搜索处理，其中，所述多径搜索过程在一个时间周期内按照预编程时间校准搜索一个或更多信号分量。
52.权利要求48的系统，其中，所述的外部可编程数据后期处理器使用最大比合并(MRC)，以根据所述门阵列的多径搜索处理所找到的两个或更多信号分量获得时间分集。
53.权利要求40的系统，其中，通过提供多个天线以及位于一个地方的多个接收机，并在系统中的每个接收机天线处提供相同的单一相关滤波器结构，来实现空间分集。
54.权利要求45的系统，其中，所述的门阵列数据后期处理器还包括多个符号处理器，用于相加相关延迟的可编程部分，并形成两个或更多输出，其中，所述的外部可编程处理器将这些输出合并为一个输出，以实现时间分集。
全文摘要
在CDMA(码分多址)无线系统中提供单个普通相关滤波器(CF)核心。在该无线系统中提供不同数据速率的多个信道。在该无线系统中提供的信道包括接入信道、维护信道和业务信道，在业务信道中信息(例如导频或数据符号或两者兼而有之)按照一级(基本解扩速率)、二级和三级速率发送。发送信息的数据速率可通过外部可编程处理器编程，例如采用数字信号处理器(DSP)。用户唯一代码，比如PN(伪随机噪声)码，被加到在无线系统信道中发送的信息中。信息被调制并在任何一个信道以任何速率发送。所发送信息在无线系统相关滤波器(CF)中通过将PN码(或正交码，Walsh码)的各延迟阶段时间复用到相关滤波器核心，按基本解扩率(即一级速率)相关。再将已相关信息解复用和解调。解调信息按一级数率(基本解扩率)的适当整数倍累加以获得二级和三级速率。一个或多个信号分量(按接收功率、信噪比或多径宽度)在一个窗口或时间周期内被选择，以便优化信息恢复。选择步骤还可根据预编程的时间校准来实现。此外，可提供和合成来自解调信息的多路输出用于时间分集。空间分集通过提供多个天线以及位于一个地方的多个接收机，并在系统中的每个接收机天线处提供相同的单一相关滤波器结构来实现。
文档编号H04B1/707GK1421072SQ01807132
公开日2003年5月28日 申请日期2001年2月23日 优先权日2000年2月23日
发明者安托尼·J·鲁佩尔, 约翰·E·霍夫曼, 小乔治·R·尼尔森, 萨米尔·K·帕泰尔, 小詹姆斯·A·普罗克特, 丹尼尔·L·赖利 申请人:快捷通信公司