专利名称：在cdma接收机中使用的搜索装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种CDMA通信方法，并特别涉及一种搜索装置和方法，用于从接收信号中最佳地选择被分配到指(finger)的信号并改进与其有关的一组管理的可靠性。
在用于CDMA通信系统的接收机(后面简称为“CDMA接收机”)中，在执行用于搜索原始数据信号的DSSS(直接序列扩频)信号的过程中，精确同步是十分重要的。在此，术语“同步”涉及使CDMA接收机中产生的本地PN(伪噪声)码(或频率跃变图形)与包含在由发送机接收的信号的码同步的操作。
同步过程被分成捕获过程和跟踪过程。在捕获过程中，接收信号中的码逼近在半个时片范围内的本地PN码。跟踪过程保持捕获信号的同步和减小在接收信号中的码和本地PN码之间的定时差。通常，捕获过程在跟踪过程之前，当跟踪过程期间失去同步的情况下，该过程返回到捕获过程。
捕获过程可以通过并行捕获技术使用多个相关器来执行的。虽然使用多个相关器的这种并行捕获技术具有高捕获速度，这是不可能实现的。于是，广泛应用使用一个或几个相关器和对于各自的可用序列重复搜索过程的串行搜索技术。该串行搜索技术根据停留时间(累积间隔)是固定还是可变也被分成两种不同的技术。
固定停留时间被广泛使用，由于实现和其分析是相当简单的。该固定停留时间包括单个停留时间和多个停留时间。在此，应该注意，本发明涉及使用双停留时间的捕获技术，它是一般使用多个停留时间的技术。
图1表示根据现有技术的采用串行搜索技术的捕获装置的连接。具体地说，示意图表示由Qualcomm公司提出的瑞克接收机。
如所示的，搜索器100表示根据现有技术采用串行搜索技术的捕获装置。搜索器100连接到微处理器200。微处理器200连接到三个调制(F1-F3)310-330，这些指都是瑞克接收机的主要单元。每个调制指310-330包括PN跟踪环、数据解调器、频率误差跟踪电路、信号强度控制电路、和控制电路。搜索器100和微处理器200搜索和捕获由三个指310-330解调的信号分量(即PN相位分量)。搜索器100响应来自微处理器200的搜索指令执行搜索过程，和在完成搜索过程以后，把搜索结果经寄存器和被中断的DMA(直接存储器存取)传送到微处理器200。微处理器200通过使用存贮在内部寄存器中的结果把详细的跟踪相位传送到各个指310-330。此时，微处理器200把用于指令寄存器所需的参数写入其中，以控制搜索器100。
图2表示图1所示的搜索器100的细目图。具有双停留结构的搜索器100包括第一积分器120和第二积分器130。第一积分器120用作快速，而是不稳定的判定，和第二积分器130用作慢速，而是可靠的最后判定，以致于可以减少总的捕获时间。
参照图2，第一积分器120积分混合器110的输出，即，与从PN码发生器160产生的PN码的输出混合的接收信号，对于第一积分时间(或停留时间)Td1，并把I和Q轴的积分值变换成能量值，按照下列方程(1)E＝I2+Q2……………(1)第一比较器140把第一积分器120的输出的已变换能量值与预定第一阈值δ1进行比较。如果由第一积分器120变换的能量值低于第一阈值δ1，在下一步的PN相位上进行试验。然而，如果由第一积分器120变换的能量值高于第一阈值δ1，第二积分器130积分对于第二积分时间(或停留时间)的相同PN相位，并把I和Q轴的积分值变换成能量值。第二比较器150把第二积分器130输出的已变换能量值与预定的第二阈值δ2进行比较。如果由第二积分器130变换的能量值低于第二阈值δ2，在下一步的PN相位上进行试验。然而，如果由第二积分器/30变换的能量值高于第二阈值δ2，第二比较器150把计算结果，即已变换的能量值通知到图1的微处理器200。该通知的能量值提供到指310-330的任一指，并用于跟踪过程，即下面的同步过程。
图3A到3C是用于说明根据现有技术图2的搜索器100的操作的图。
如果如图3A所示的信号加到CDMA接收机，图2的搜索器100进行捕获，以使在接收信号中的码逼近在半片范围内的本地PN码。这种捕获是通过微处理器200确定搜索窗口的宽度执行的。在窗口宽度的判定以后，混合器110使接收信号与由PN码发生器160产生的PN码混合，和第一和第二积分器120和130分别执行积分时间Td1和Td2的积分，以把接收信号变换成能量值。然而，第一和第二比较器140和150把接收能量值与预定的第一和第二阈值δ1和δ2进行比较，并在下一步的PN相位上进行试验，或对微处理器200通知已变换的能量值，以致于能量值可使用在下列同步跟踪操作。
图3B表示在从第一积分器120输出的变换能量值低于第一阈值δ1的情况下，在时间点t1的搜索操作，和图3c表示在变换能量值高于第一阈值δ1的情况下，在时间点t4的搜索操作。应该注意，在由第一积分器120积分以后，下一步操作(即在下面步骤的PN相位上的测试，或由第二积分器130的积分)用预定延时执行。其理由在于，它化费某个时间来根据积分结果计算能量值和比较计算的能量值与阈值。指的是，由Qualcomm公司提出的搜索器需要约8时片的时间。
传统的CDMA1接收机的微处理器200设置用于接收信号的窗口宽度和计算在窗口宽度内各自的时间点上的信号的能量值，以便捕获同步。如果计算的能量高于阈值，可认为该同步已捕获。然而，如果计算的能量低于阈值，计算下一步的信号的能量。
因此，由实验可知，接收信号的大多数能量值都低于阈值。也就是，如图3A到3C所示的，在计算由窗口复盖的所有接收信号的能量的情况下，接收信号的能量值在大多数时间点上，而不是两个时间点t4和t13或三个时间点t4、t10和t13上低于阈值。最后，CDMA接收机的传统搜索器在对接收信号的搜索和捕获同步中化费相当长的时间。其原因在于，每当改变PN码直到确定同步捕获信号为止时(在第二积分器130的能量值高于第二阈值δ2的情况下)产生大约8片的延时。
同时，如参照图1和2所描述的，CDMA接收机的传统的搜索器包括硬件单元(例如混合器110、积分器120和130、比较器140和150、和PN码发生器160)，并且硬件单元都受微处理器200控制。于是，CDMA接收机在结构上是复杂的。而且，微处理器200应控制搜索器和CDMA接收机的其它单元，使其负载加重。
因此，本发明的目的是提供一种装置和方法，用于在CDMA接收机中，用于减少对接收信号的搜索同步和得到可靠的搜索操作所需的时间。
本发明的另一个目的是提供一种简单的搜索器，用于在CDMA接收机中搜索接收信号的同步。
本发明的又一个目的是提供一种用于减少在CDMA接收机的微处理器上的负载的装置。
为了实现上面和其它目的，在直接序列扩频(DSSS)系统中使用的搜索器包括伪噪声(PN)码发生器，用于产生PN码；混合器，用于使接收信号与由PN码发生器产生的PN码混合；累加器，用于累加由混合器输出的反扩频信号；数字信号处理器，用于控制响应于搜索指令的PN码发生器和产生路径信息，该路径信息表示使用累加器的累加结果在相应于搜索指令的窗口内的接收信号的搜索结果；和微处理器，用于产生搜索指令、接收数字信号处理器的路径信息、和根据接收的路径信息确定下一个搜索窗口，为数字信号处理器提供作为搜索指令的判定结果。
数字信号处理器包括步骤使PN码发生器产生由第一设置时间单元依次变换的PN码，和根据由累加器产生的累加结果值，相应于各自的变换步骤的PN码，计算接收信号的能量值，以便判定能量值是否低于第一阈值；如果能量值低于第一阈值，判定根据由累加器产生的累加结果值相应于在已经执行的下一个变换步骤的PN码计算的能量值是否低于第一阈值；和如果当判定操作的执行期间根据由累加器产生的累加结果值计算的能量值高于第一阈值，在已经执行的下一步骤返回到先前的变换步骤，以便对于第二设置时间，使由累加器产生的累加结果值相应于先前的PN码变换成能量值，和按路径信息把能量值传送到微处理器。
通过结合附图所进行的下列典型实施例的描述，本发明的上面和其它目的、特点和优点将变得显而易见。其中图1是包括根据现有技术的搜索器的CDM/接收机的方框图；图2是图1的搜索器(100)的详细图；图3A到3C是用于说明根据现有技术的搜索操作的图；图4是根据本发明的优选实施例的搜索器图；图5A到5C是用于说明根据本发明的优选实施例的搜索操作图；图6表示根据本发明的优选实施例的搜索器的流程图；图7表示根据本发明的优选实施例在连续模式中搜索器的流程图；图8表示根据本发明的优选实施例在不连续模式中搜索器的流程图；图9表示根据本发明的优选实施例按照搜索器的搜索结果产生路径信息的流程图。
结合附图对本发明的优选实施例予以详细地描述，在图中相同的标号表示相同的元件。虽然为阐明本发明的主题将对特定的实施例，例如详细的流程图予以典型地定义和详细地描述，本领域的普通技术人员可用本发明的说明而不作详细说明就可实施本发明。此外，在此可避免对已知的功能和结构作不必要的更详细描述。
参照图4，根据本发明的优选实施例用于CDMA接收机的搜索器包括混合器110、由反扩频器组成的PN码发生器160、累加器170、和数字信号处理器(下文称为“DSP”)400。该搜索器接到微处理器200。根据本发明，DSP400以连续方式或以不连续方式执行搜索操作，将结合图7和8在后面进行说明。根据图9的流程图，DSP 400产生表示搜索结果的路径信息，和用路径信息提供给微处理器200。在DSP 400的控制下，PN码发生器160产生用这些步骤可改变的PN码。混合器110使PN码发生器160的输出与接收信号混合，以产生反扩频信号。累加器170累加由混合器110输出的反扩频信号，以产生相应于反扩频信号的积分结果值。
如可由附图理解，根据本发明的搜索器与传统的搜索器相比较结构是简单的。也就是，图2的传统搜索器包括硬件单元(混合器110、PN码发生器160、第一和第二积分器120和130、和第一和第二比较器140和150)，和微处理器200包括连接到搜索器的多个寄存器。然而，如图4所示，根据本发明的搜索器包括硬件单元(混合器110、PN码发生器160、和累加器170)和DSP400。于是，微处理器200不必包括寄存器。而且，根据本发明的微处理200具有减小的作业负载，这是由于DSP共用微处理器200的作业负载的缘故。
图5A到5C是用于说明根据本发明的搜索操作图，其中图5A所示的接收信号的波形与图3A所示的相同。根据本发明，PN码对于停留时间积分，此后，下一个PN码直接产生。更具体地说，根据本发明的搜索器积分由PN1码反扩频的信号，以计算能量值，并与阈值比较计算的能量值。因此，搜索器把能量值变换成PN2码，该PN2码是下一步的PN码，并积分由PN2码反扩频的信号。此时，如果计算的能量值小于阈值，搜索器就连续积分由PN2码反扩频的信号。然而，如果能量值大于阈值，搜索器把PN2码恢复到先前的PN1码，并对于积分时间Td2使它积分，以计算能量值。这是根据在一个窗口内捕获同步的接收信号的数目大于不捕获同步的接收信号的数目。
图5B表示在时间点t1的搜索操作，其中，由PN1码反扩频的信号对积分时间Td1积分，和根据积分结果计算的接收信号的能量值小于预定阈值。此时，如附图所示，搜索器对积分时间Td1积分由PN1码反扩频的信号，然后紧接着产生下一个PN码的PN2码。因此，搜索器对积分时间Td1积分由PN2码反扩频的信号。
图5C表示在时间点t4的搜索操作，其中对积分时间Td1积分由PN1码反扩频的信号，和根据积分结果计算的接收信号的能量值高于预定阈值。此时，如附图所示，搜索器对积分时间Td1积分由PN1码反扩频的信号，然后，紧接着产生PN2码，该PN2码是下一个PN码。因此，搜索器对积分时间Td2积分由PN1码反扩展的信号，该PN1码是先前的PN码。
总之，搜索器积分在某个时间接收的信号和对积分时间Td1由各自的PN码产生反扩频的信号，然后，在根据积分结果计算能量值以前，紧接着改变到下一个码。因此，可以减小对搜索操作所需的总时间。
图6表示根据本发明捕获操作的流程图，即，在微处理器200、DSP 400、和由混合器110、PN码发生器160和累加器170组成的硬件H/W。
在步骤S601，微处理器200把搜索指令传送到DSP400。然后，在步骤S602，DSP 400控制硬件H/W，以响应搜索指令执行搜索操作。该搜索指令包括搜索起始操作，方式选择参数(对于连续或不连续的方式)，和用于搜索操作的窗口的数目。假设积分时间的最小单元是T片，硬件H/W对T时片执行积分和向DSP 400提供积分结果，如中断言号。在此，如果T时片被减少，则积分时间可灵活地控制，并且判定所需的时间可被减少。然而，中断的频率和由DSP400处理的作业可增加，由此，负载加到DSP 400。因此，需要适当地设置值T。
根据从微处理器200产生的方式选择参数，以图7所示的连续方式或以图8所示的不连续方式可执行步骤S602的搜索操作。连续方式涉及用于在TXNe片结束以后执行初始判定的操作方式，和不连续方式涉及用于在TXNCXNe片结束以后执行初始判定的操作方式。在此，T表示积分时间的最小单元，Ne表示早先的积分数目，和Nc表示相干积分数。而且，标号NC表示总的积分数(即，早先积分和二次积分的总数)，和标号Ii和Qi后面予以描述，Ii和Qi分别表示T时片单元由硬件H/W积分的接收信号的积分结果值。
现在，将参照图7对搜索操作的连续方式予以描述。在连续方式中，在TxNe片结束以后，进行初始判定。也就是，在步骤701，DSP 400经与Ne一样的T时片相干地累加积分结果值Ii和Qi，以计算I和Q轴的值，同时，使PN码变换成下一次要试验的相位。DSP 400根据I和Q轴的值计算接收信号的能量按照如下方程式(2)Eearly=[Σi=1NeIi]a+[Σi=1NeQi]2-----(2)]]>在步骤702，如果能量Eearly低于阈值，DSP 400返回到步骤701，以在下一步的PN码上进行试验。其时，PN相位在能量值的计算期间进行改变。因此，可以进行试验而没有PN码发生器160的控制。
相反，如果能量Eearly在步骤702高于阈值，DSP 400在相同的PN码上连续执行试验。此时，由于PN码已改变到下一步PN相位，同时计算能量值，在步骤703，DSP 400通过把Nt-Ne加到相对于先前PN码的现有值。在此，Nt表示总的积分数。此后，DSP 400计算接收信号的能量按照下列方程(3)。Etotal=[Σi=1NeIi+Σi=Ne+1NeIi]2+[Σi=1NeQi+Σi=Ne+1NtQi]2-----(3)]]>接着，将参照图8描述搜索操作的不连续方式。除了在连续方式中使用的参数以外，不连续方式包括一参数Nc。其原因在于，搜索器在连续方式中根据最后的积分结果，而在不连续方式中根据部分计算的积分结果计算能量值。搜索器在连续方式中根据Etotal＝(E1+E2+E3+E4+E5)2，而在不连续方式中根据Etotal＝(E12+E22+E32+E42+E52)计算接收信号的能量值。
在不连续方式中，DSP 400在Txdex NC片的时间结束以后执行初始试验。也就是，在步骤801，DSP 400通过T片相干地累加积分值，并同时，把PN码发生器160的相位变换成下一次要试验的相位，DSP 400根据I和Q轴的累加值计算接收信号的能量值，按照下列方程式(4)。Eearly=Σj=1Ne[[Σi=1NcIi+(j-1)Nc]2+[Σi=1NcQi+(j-1)Nc]2]-----(4)]]>
在执行步骤801以后，DSP400在步骤802检查由方程式(4)计算的能量值Eearly是否高于阈值。如果能量值低于阈值，DSP 400返回到801，以在下一个PN码上进行试验。其时，PN码被改变，同时计算接收信号的能量值。此后，可执行试验，而没有单独控制PN码发生器160。
相反，如果由方程式(4)计算的能量值Eearly高于阈值，DSP 400在相同PN码上连续执行试验。此时，由于PN相位已在能量值的比较之前预先改变了，在步骤803，DSP 400通过使用在计算能量值中相对于先前PN码输入的(Nt-Ne)xNcl和Q把当前PN码恢复到先前PN码。在此，Nt表示总的积分值。在恢复到先前PN码以后，DSP 400计算能量值按照下列方程(5)Etotal=Σj=1Nc[[Σi=1NcIi+(j-1)Nc]2+[Σi=1NcQi+(j-1)Nc]2]-----(5)]]>如上所述，如微处理器200按照搜索指令把方式选择参数传送到DSP 400，DSP 400相对于W搜索窗口执行双停留结构搜索。如果DSP 400用半时片搜索W搜索窗口，接收信号的路径号数变成2W。当搜索搜索窗口时，DSP 400根据图9的流程图选择能分配到各指的N最佳路径。
假设通过该试验的第n路径的能量是W[n]和未能通过双停留的初始判定的路径的能量是零，如果满足条件W[n-1]＜W[n]＜W[n+1](步骤902)的第n路径的能量高于达到当前(步骤903)选择的N路径选择物的任一个的能量，该所选择的新路径加到一组路径选择物。如果在该组路径选择物中路径的数目大于N，最小能量的路径从现有组中去除(步骤904)。
如果通过上面过程搜出一个搜索窗口，就能获得N路径选择物和接照能量的次序存贮结果值(步骤907)并且在图6步骤S603传送到微处理器200。其时，DSP 400把在该组路径选择物中各自的路径的能量和PN码的位置信息传送到微处理器200。DSP 400也传送用于解调接收信息的指信息。该指信息包括指的位置和能量。
当从微处理器200接收路径信息和指信息时，在图6的步骤S605根据接收信息设置下一个搜索窗口，和表示设置搜索窗口的搜索指令传送到DSP 400。同样地，传送窗口的位置和尺寸信息以及积分信息。而且，微处理器200通过使用接收路径信息更新各组的指，并且根据路径信息和指信息把新分配指的信息传送到DSP 400。该指信息包括功率控制信息和位置信息。
当从微处理器200接收下一个搜索指令时，在步骤S606，按如上所述的相同方法，由此，DSP 400执行搜索操作。
如上所述，本发明的优点在于，在CDMA接收机中减小用于搜索该同步所需的时间，并在结构上简化了搜索器。因而，可减小在微处理器上的负载。
尽管在前面已详细地描述了本发明的各种最佳实施例，应清楚地理解为，对本领域的普通技术人员而言，根据本说明书中基本发明创造的概念可进行各种变化和/或改型，将都落在按附加权利要求所规定的本发明的精神和范围之中。
权利要求
1.一种在直接序列扩频(DSSS)系统的接收机中使用的搜索器，包括伪噪声(PN)码发生器，用于产生PN码；混合器，用于使接收信号与从所述的PN码发生器产生的PN码混合；累加器，用于累加从所述混合器输出的反扩频信号；数字信号处理器，用于响应搜索指令控制所述的PN码发生器和产生路径信息，该路径信息表示通过使用所述累加器的累加结果相应于所述搜索指令在窗口内的接收信号的搜索结果；和微处理器，用于产生所述的搜索指令，从数字信号处理器接收所述的路径信息，和根据所述接收路径信息确定下一个搜索窗口，以按搜索指令向所述的数字信号处理器提供判定结果；其中所述的数字信号处理器包括步骤为使所述的PN码发生器产生通过第一设置时间单元依次变换的PN码，和在各自的变换步骤，相应于PN码由所述的累加器产生的累加结果，计算接收信号的能量值，以便判定所述的能量值是否低于第一阈值；如果所述的能量值低于第一阈值，在已经执行的下一个变换步骤，对应于PN码由所述的累加器产生的所述的累加结果值计算的能量值是否低于所述的第一阈值；和如果当执行判定操作期间由所述的累加器产生的累加结果计算的能量值高于所述的第一阈值，在已经执行的下一步骤返回到先前的变换步骤，以便把对于相应于先前PN码的第二设置时间由累加器产生的累加结果值变换成能量值，和把所述的能量值作为路径信息传送到所述的微处理器。
2.根据权利要求1的一种搜索器，其中所述的数字信号处理器以强度的次序存贮预定数的能量值，和把存贮的能量值作为接收信号的路径信息传送到所述的微处理器。
3.一种在直接序列扩频系统的接收机中用于从接收信号中搜索最佳信号的方法，包括步骤为(a)把接收信号与由各步骤变换的PN码混合，以在每个变换步骤对应于PN码产生反扩频信号，和对第一设置时间积分所述的扩频信号，以产生第一积分结果值；(b)根据所述的第一积分值计算接收信号的能量，把能量值与第一阈值进行比较，和同时把该PN码变换成在下一步的PN码；(c)重复所述的步骤(a)和(b)，如果在步骤(b)计算的能量值低于所述的第一阈值；(d)把在步骤(b)变换的PN码恢复到在先前步骤的PN码，如果在步骤(b)计算的能量值高于所述的第一阈值；(e)把接收信号与在步骤(d)确定的在先前步骤的PN码进行混合，以产生反扩频信号，和对第二设置时间积分反扩频信号，以产生第二积分值；(f)根据所述的第二积分值计算接收信号的能量值；和(g)以强度的次序存贮在步骤(f)计算的预定数的能量值，以产生相应于接收信号的能量路径信息。
4.根据权利要求3的一种用于搜索最佳信号的方法，其中在步骤(b)所述的能量值根据下列方程式进行计算Eearly=[Σi=1NeIi]2+[Σi=1NeQi]2]]>式中Ii和Qi表示分别在I和Q轴的接收的积分值，和Ne表示早先积分数。
5.根据权利要求4的一种用于搜索最佳信号的方法，其中通过步骤(6)和(f)计算的接收信号的能量值是根据下列方程式确定的Etotal=[Σi=1NeIi+Σi=Ne=1NeIi]2+[Σi=1NeQi+Σi=Ne+1NtQi]2]]>式中Nt和Nc分别表示总的积分数和相干积分数。
6.根据权利要求3的一种用于搜索最佳信号的方法，其中在步骤(b)的能量值根据下列方法进行计算Eearly=Σj=1Ne[[Σi=1NcIi+(j-1)Nc]2+[Σi=1NcQi+(j-1)Nc]2]]]>式中Ii和Qi分另表示在I和Q轴的接收信号的积分值，Ne表示早先积分数，和Nc表示相干积分数。
7.根据权利要求6的一种用于搜索最佳信号的方法，其中通过步骤(b)和(f)计算的接收信号的所述能量值根据下列方程进行确定Etotal=Σj=1Nt[[Σi=1NcIi+(j-1)Nc]a+[Σi=1NcQi+(j-1)Nc]a]]]>式中Nt表示总的积分数。
全文摘要
一种在直接序列扩频(DSSS)系统的接收机中使用的搜索器包括:伪噪声(PN)码发生器,用于产生PN码;混合器,用于把接收信号与从PN码发生器产生PN码进行混合;累加器,用于积加由混合器输出的反扩频信号;数字信号处理器,用于响应搜索指令控制PN码发生器和产生路径信息,该路径信息表示通过使用由累加器的累加结果的响应于搜索指令在一窗口内接收信号的搜索结果;和微处理器,用于产生搜索指令,从数字信号处理器接收路径信息,和根据接收路径信息确定下一个搜索窗口,以为数字信号处理器按搜索指令提供判定结果。
文档编号H04B1/707GK1193225SQ9711434
公开日1998年9月16日 申请日期1997年12月3日 优先权日1996年12月3日
发明者文熹灿 申请人:三星电子株式会社