专利名称：直接序列扩展的系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及数据通信传输。
背景信息扩频通信技术能抗干扰，允许使用低功率传输，且被截获的概率低。由于这些原因，早期的许多扩频技术发展是由军事研究者完成的。然而，最近这项技术的好处使其在用户应用领域用处日益增多，特别是在先进的数字蜂窝电话系统中。
大部分其它的通信技术用单独的一个或多个数据信号对载波信号进行调制，扩频技术利用伪随机噪声或“伪噪声”(PN)信号。在跳频变化的扩展系统内，特定瞬时的PN信号值决定了发送信号的频率，因此，信号的频谱得到了扩展。在直接序列扩频(DSSS)变量中，选择PN信号的比特速率(称为“码片速率)高于信息信号的比特速率，这样当载波被两个信号同时调制时，它的频谱得到了扩展。
支持单通道上多重单个信号的通信系统必须要采用一定的技术使得不同的信号在接收机处能被识别出。在时分多址(TDMA)系统中，单个信号是在不重叠的间隙里发送，这样的话它们在时域上是正交的(因此是可分的)。在频分多址(FDMA)系统中，信号被带限并在不重叠的子信道里发出，这样的话它们在频域上是正交的。在码分多址(CDMA)系统中，信号通过正交或不相关的码序列的调制而得到扩展，这样使得在码域上是正交或近乎正交的，并且可以同时通过同一信道被发出，而在接收机端依然能被分辨出来。美国专利号为4901307、题为“SPREAD SPECTRUMMULTIPLE-ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE 0R TERRESTRIALREPEATERS”的专利中描述了一示例性CDMA系统，该专利于1990年2月13日公布，被转让给本发明的受让人。
在一个CDMA DSSS系统中，每一个单个载波信号是由数据信号和一个至少与分配给所有其它用户的PN信号近乎正交的伪噪声(PN)信号来调制，因此扩展了发送信号而使它能与其它用户信号区别开来。例如为了增加数据冗余度并允许接收机处的误差纠错，在对载波进行扩展和调制之前，数据信号一般经过各种设计好的编码与交织操作。数据信号也被加密以提供对付窃听者的额外安全性。美国专利号为5103459、1992年4月7日公布的、题为“SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING SIGNALWAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM”中揭示了扩频通信系统中CDMA信号的生成，该专利被转让给本发明的受让人。
为扩展输入数据信号的频谱，直接序列扩频系统一般使用相移键控(PSK)的各种变化形式，如二进制PSK(BPSK)或正交PSK(QPSK)。在BPSK扩展中，例如，输入数据到扩展系统输出的映射是由以下这个复杂的关系式所定义的out_I_n+j×(out_Q_n)＝(in_n×pn_I_n)+j×(in_n×pn_Q_n)n＝1，2，...，N，其中in_n代表输入数据信号，pn_I_n与pn_Q_n代表I和Q信道相应的伪噪声序列；out_I_n和out_Q_n代表相应的输出I和Q分量；j表示-1的平方根；N表示要被调制到载波上的输入数据信号的数目；不同的输入信号、输出分量和伪噪声序列元素值可能为+1或-1。
图1是一个BPSK扩展器阵列，它将两个乘法器10和20用作扩展器来实现上述关系，表1示出与给定范围的输入相对应的输出值。
图2是图1电路的数字实现，利用两个异或(XOR)门30与40作为扩展器(图中大写字母标记的数字信号对应于图1中同名的小写字母标记的模拟信号)。表3示出数字输入的可能范围和该扩展器阵列的相应数字输出值(表2中已给出示例性模数映射)。如图3所述，每个输出信号OUT_I_1与OUT_Q_1是用sinc函数描述的(即，sin(x)/x)，函数在码片速率的倍数处有波节点。
表1
表2
表3
图4示出实现上述N＝2的扩频方案的BPSK扩展系统的电路图(本例中，PN_I_1＝PN_I_2＝PN_I且PN_Q_1＝PN_Q_2＝PN_Q)。在经带有异或门110、120、130和140的扩展器阵列100扩展后，各一比特宽的输入信号通过数字脉冲整形滤波器150、160、170和180之一转换成P比特宽的信号，这些滤波器把输出信号的带宽限制在码片速率上。在示例性应用中，P为11，然而P也可以采取任何能提供适用于该目的的性能/复杂度关系。图5示出脉冲整形滤波器的理想响应，其中x轴代表被标准化到码片速率的频率，y轴代表被标准化到峰值的大小。
最常用的数字滤波器类型是线性常系数滤波器，可以获得一个有限冲击响应(FIR)或无限冲击响应(IIR)。在图6中示出普通三抽头有限冲击响应(FIR)数字滤波器的示例框图，它实现下列传递函数H(z)＝g0+g1z-1+g2z-2+g3z-3其中D代表延时元件，G0到G3代表增益元件，这可以用系数为g0到g3的常数乘法器来实现。
图7中示出普通三抽头无限冲击响应(IIR)数字滤波器(直接形式II)的示例框图，它实现下列传递函数
H(z)=Σk=03bkz-k1-Σk=13akz-k]]>其中D代表延时元件，A1到A3和B0到代表增益元件，这可以用系数分别为a1到a3和b0到b3的常数乘法器来实现。FIR和IIR滤波器的相应的特点与好处，与图6与图7中不同的其它滤波器结构，以及如何选择滤波器系数的不同方法在下列文献中已作讨论Electronic Filter Design Handbook，第二版，A.B.Williams和F.J.Taylor，McGraw-Hill出版社，New York，NY，1988；The Circuits and FiltersHandbook的第XVI部分，由W.-K.Chen编辑，CRC Press(出版社)，Boca Raton，FL，1995；以及Digital Filteringan introduction，E.P.Cuaningham，HoughtonMiffin，Boston，MA，1992。
实际上，脉冲整形滤波器为实现通常在码片速率一半处的突然截止而具有大量抽头。举个例子，一个符合TR 45 Mobile Station-Base Station CompatibilityStandard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular Systems标准(TIA/EIA/SP＝3693[发表为TIA/EIA-95]，TIA[Telecommunications IndustryAssociation]，Arlington，VA，1997)的脉冲整形滤波器FIR有48个抽头，其系数g0到g47的在表4中给出。以上提到的TR45标准规定了示例性CDMA DSSS应用的许多方面，该应用的性能可通过本发明而得到改善。
表4
滤波之后，在通过数模转换器(未显示)变为模拟信号前，数字信号可以是经增益调节的(未显示)。这些步骤的例子可见前述美国专利号5103459中的描述。然后，对应不同OUT_I_n的模拟信号相加成为发射机输出的同相部分，对应不同的OUT_Q_n模拟信号相加成为正交输出。
注意在BPSK实现中，不同的输入数据信号路径只能在信号被转化成模拟之后才能一致。特别是，每个由扩展系统输出的信号只基于一个数据信号。因此，一个数据信号或在BPSK扩展之前或在之后都经过与其它信号不同的处理。
在其它的PSK调制方案中，每个由扩展系统扩展的信号可能基于多于一个的数据信号。所以，使用存在的扩展系统用于这些调制方案是，任何分离的处理数据信号的过程必须在扩展前完成。在分离处理操作增加了数据信号的复杂程度的同时(比如，需要增加数据信号的比特宽度)，由此引起的扩展系统需要的复杂度会使实现变得不可行。最好则是实现一个实用的扩展系统，使得这样的处理能完成。
摘要按照本发明实施例的扩展系统包括第一扩展器、第二扩展器、滤波器和加法器。第一扩展器用于根据第一数据信号产生第一扩展信号。比方说，第一扩展器(可能由异或门实现)可能用第一伪噪声序列扩展第一数据信号。第二扩展器用于根据第二数据信号产生第二扩展信号。比方说，第二个扩展器(也可能由异或门实现)可能用第二伪噪声序列扩展第二数据信号，这个伪噪声序列与第一伪噪声序列不同。
滤波器是用于根据第一扩展信号产生经滤波的信号。滤波器接收一比特宽的第一扩展信号，并可能将经滤波的信号输出为宽于一比特的信号。在一实现中，滤波器包括一个低通滤波器，其截止频率约为第一个扩展信号的比特速率的一半。
加法器是用于根据经滤波的信号和第二扩展信号产生数字和信号。在某些实现中，加法器可能从其输入中的一个减去另一个。
按照本发明另一实施例的扩展系统包括一个增益元件，它可能包含一个乘法器。在一种实现中，增益元件位于滤波器和加法器间的信号路径上。另一种实现中，增益元件位于第二扩展器和加法器间的信号路径上。
按照本发明另一实施例的扩展系统包含第三和第四扩展器。第三扩展器是用于产生根据第一数据信号产生第三扩展信号。比方说，第三扩展器(可能由异或门实现)可能用第二伪噪声序列扩展第一数据信号。第四扩展器是用于根据第二数据信号产生第四扩展信号。比方说，第四扩展器(也可能由异或门实现)可能用第一伪噪声序列扩展第二数据信号。
这里也描述了本发明的其它实施例和应用(包括数字信号处理的方法)。
附图简述图1是BPSK扩展器阵列的电路图。
图2是图1的电路的数字实现。
图3是图1的电路输出处的信号的频谱图，曲线表示被标准化为码片速率的频率相对于以dB为单位的大小。
图4是BPSK扩展系统的电路图。
图5是用于将信号带宽限制为码片速率的理想低通滤波器频率响应的频谱图，曲线表示被标准化为码片速率的频率相对于被标准化为峰值的大小。
图6是三抽头FIR滤波器的框图。
图7是三抽头IIR滤波器的框图。
图8是基本QPSK扩展系统的电路图。
图9是图8电路的数字实现。
图10是另一个QPSK扩展系统的电路图。
图11是增强型QPSK扩展系统的电路图。
图12是对图11系统的新颖改进的电路图。
图13是图12中扩展器阵列400的数字实现。
图14是示出对图12中新颖电路图的改进的电路图。
图15是本发明扩展系统的电路图。
图16是本发明扩展系统的电路图。
图17是本发明扩展系统的电路图。
详细描述在QPSK扩展中，数据输入到扩展系统输出的映射由以下这个复杂关系式定义out_I+j×(out_Q)＝×[in_I+j×(in_Q)]×[pn_I+j×(pn_Q)]，其中in_n和in_Q代表两个输入数据信号；pn_I与pn Q代表I和Q信道相应的伪噪声序列；out_I和out_Q分别是I和Q信道的输出信号；j表示-1的平方根；输入信号和伪噪声序列元素的值可能为+1或-1。图8是一个实现上述关系的基本QPSK扩展系统200的电路图，它使用了四个乘法器210、220、230和240作为扩展器，两个加法器250和260；两个换算器270和280，每个换算因子为0.5。表5示出与给定范围的输入相对应的扩展系统200的输出值。
图9是图8的QPSK扩展系统的数字实现300，它使用了异或门310、320、330和340作为扩展器，以及四到一的两比特多路复用器350和360。每个多路复用器350和360有标明值的四线两比特输入，和两个一比特的选择输入，每个都连到异或门310、320、330和340之一的输出。图10显示的是另一个包含这个实现的QPSK扩展系统电路图。对于系统300的输出信号，为了表示三种可能的模拟输出值(+1，-1，0)，需要两个数字比特。表6是系统300的模数输出映射。(在该映射中，未使用两比特数字“10”)表5
表6
在图8与图9中，I和Q输入数据流不再用不同路径来处理I信道的输出部分取决于Q信道的输入，Q信道的输出部分取决于I信道的输入。如下所述，当希望将增强性能结合到结构中时，这种输入信号的混合会引起问题的复杂化。
为了提供相干解调所需的相位参考，一些现有的扩展系统在前向链路(即，从基站到移动站的路径，又称下行链路)上实现导频信号。虽然信道中加入一个导频信号会增加噪音电平，但可以确定，加入的干扰大于由比特误差率中的增益引起的偏移，比特误差率是用相干解调实现的。而且，由于已知导频信号的存在允许使用信道估计技术，因此可以获得附加的优点。
虽然希望在反向链路(即，从移动站到基站，又称上行链路)上获得同样的好处反向上使用导频信号会带来问题。因为许多不同的移动站可能在同一个反向链路信道内传输，因此在每个传输内加入导频信号会造成不可接受的干扰。
在新的扩展系统中，这个问题由对不同数据传输速率的不同导频/数据信号功率比而得到部分解决。实现该特性的一种方法是将增益元件或引入导频信号或引入数据信号。图11示出其中使用了导频和数据信号的分开的增益元件的电路(例如，图中，导频信号以IN_I被发送，数据信号以IN_Q被发送)。不幸的是，加入这样的增益元件引起系统其余部分复杂度陡增。
在图4的BPSK实现中，无论对信号IN_n信号或对相应的一对信号I_n和Q_n执行增益控制，可以得到数学上等价的结果。(注意可能需要实现与这两种情况都不同的增益控制，因此两种结果可能不同，这是因为诸如舍入这样的相关误差)。这种等价是部分可能的，因为在这个BPSK实现中的每个数字输出信号只取决于一个输入信号。所以，设计者可能选择无论哪种方法来减少总复杂度例如，在输出信号上执行增益控制，使得脉冲整形滤波器的输入信号仅保持一比特宽度。
然而，在图8的QPSK扩展器中，输入信号被混合。因此，相似的重新排列在常规QPSK实现中不可能，在这些系统中，增益控制必须在信号输入扩展系统之前完成。因为增益元件把一比特宽的输入变成M比特宽输出，扩展系统的输入从一比特宽的流变成了M比特宽的流，所以扩展系统的元件因此而变得复杂。电路的复杂程度体现于脉冲整形滤波器372和382处，这些设备通常比扩展器要执行更多的每单位采样的操作。
如上所述，对一个QPSK扩展系统加入个人增益控制的常规方法导致硬件实现上明显的复杂化。本发明的扩展系统，如图15所示，包含了一个新的电路元件调整，用于实现一个同研的数字功能，却大大降低了硬件和功率上的要求。为了说明图15的系统能以更简单的硬件实现与图11的电路同样的功能，我们这里用一系列变换表明两者等价。
首先，我们把图8的QPSK扩展系统分成两个部分400和410，将扩展加法器250和260与扩展乘法器210、220、230和240分开(图8中的换算器270和280可以同加法器一起归入部分410，或在以后级中被结合。在许多实现中，只有输出信号的相对值是所关心的，而不是它们的绝对值，所以在图12，14和15中可以省略换算器。)对图11的电路图实行这一操作将增益元件205和207放在扩展乘法器后面；并且分别加入功能上等价于增益元件205和207的增益元件206和208，从而我们获得了图12的电路图。为得到理论上相同的结果而交换乘法和增益操作的原因包括增益操作与乘法操作等价，乘法是线性时不变的操作，且输入路径在扩展乘法器输出处保持分离。
在图12的电路图中，乘法扩展器的输入现在只有一比特。所以，我们可以仅用一个异或门(如图13用异或门212，222，232，242表示)代替常规布局要求使用的M比特乘法器来实现这些乘法器。可能的好处包括电路区域和速度的改善。
因为线性常系数滤波器是线性时不变的器件，因此我们可以对图12的右边执行同类重排，将脉冲整形滤波器移到扩展加法器之前，获得图14的电路图。滤波器472和482等价于相应的滤波器372和382，或者还可以更简单一些，这取决于滤波器372与382的输入的宽度是否等于或大于M。滤波器474和484功能上分别等价于滤波器472和482，这取决于滤波器372，374，382和384的输出的比特宽度，加法器252和262可能分别与加法器250和260相同，或者它们还可以有不同的输入宽度。首先，这种重排未必理想，因为它包含了四个M比特输入的脉冲整形滤波器，而不是两个。然而，我们还可以对此进行进一步的调整。
在接下来的演示中，我们如图15所示把增益元件移至脉冲整形滤波器之后。现在，增益元件305，306，307，308的输入是多位比特宽，引起系统适中的复杂化。然而，在本例中，滤波器572，574，582和584的输入却只是一比特宽。这大大降低了总复杂度当每个增益元件只包含相当于一次乘法的操作，每个滤波器执行相当于许多次乘法的操作。
通过潜在地减少一比特二进制信号的滤波器输入，应用本发明还能使进一步的优化成为可能。比如，美国实用新型专利申请号为XX/XXXXXX、attorney docket号为010087P、题为“DIGITAL FILTER WITH STATE STORAGE”、且于2001年10月31日提交的申请中揭露了一种可由一比特宽输入的脉冲整形滤波器来实现的数字滤波器，该申请通过引用被结合于此。根据其输入的宽度，加法器352和362可以分别与加法器252和262相同，或有不同的输入宽度。
为了控制信号IN_I与IN_Q的电平间的比率，可能仅需要控制其中一个信号的电平。图16示出按照本发明实施例的扩展系统，其中只有一条输入信号路径的增益是通过增益元件405和406控制的，这在一定程度上简化了结构。如果需要控制输出信号的总增益，则这样的增益控制可在附加级中加入，或结合在现有的后一级中。根据其输入的宽度，加法器452和462可能分别与加法器352和362相同，或是有不同输入宽度。
图17示出按照本发明实施例的扩展系统，其中只使用了两个滤波器。例如，多路复用器610-640可以有时钟信号控制，该时钟信号对信号IN_I和IN_Q上的各转变处具有上升沿并且具有50％的占空比。通过交换使用滤波器信号通道，可以降低对硬件的要求。根据特定的实现，可在多路复用器与加法器352、362之间或者在加法器之后加入锁存器(未显示)。如图16所示，最好能省略增益元件305、307中一个(或者两个，如果不再需要控制的话)。
上述优选实施例的描述使本领域的技术人员能制造或使用本发明。这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的，这里定义的一般原理可以被应用于其它实施例中而不使用创造能力。因此，本发明并不限于这里示出的实施例，比如说，此项发明还可以部分或全部用于电路连接或电路配置，用于制造某项特殊应用的集成电路。
此项发明还可以部分或全部用于固件程序载入不易失存贮或软件程序载入或载出一个数据存贮媒介如机器可读码，成为可以为一组逻辑元件如微处理器或其它数字信号处理单元的可执行命令。所以本发明并不限于这里本文所称述的，而应用于符合与这里揭示的原理和新颖特征一致的最宽泛的范围。
权利要求
1.一种扩展系统，其特征在于包括第一扩展器，用于根据第一数据信号产生第一扩展信号；第二扩展器，用于根据第二数据信号产生第二扩展信号；滤波器，用于根据第一扩展信号产生经滤波的信号；加法器，用于根据经滤波的信号和第二扩展信号产生数字和信号；
2.如权利要求1所述的扩展系统，其特征在于，所述经滤波的信号的宽度大于一比特。
3.如权利要求2所述的扩展系统，其特征在于，所述第一扩展信号的宽度为一比特。
4.如权利要求1所述的扩展系统，其特征在于，所述第一扩展器用于用第一伪噪声序列扩展第一数据信号，以及其中第二扩展器用于用第二伪噪声序列扩展第二数据信号，以及其中第二伪噪声序列不同于第一伪噪声序列。
5.如权利要求4所述的扩展系统，其特征在于，所述经滤波的信号的宽度大于一比特，以及所述第一扩展信号的宽度为一比特。
6.如权利要求1所述的扩展系统，其特征在于，所述第一扩展器包含异或门。
7.如权利要求1所述的扩展系统，其特征在于还包括增益元件，用于根据第二扩展信号产生经控制的信号，其中数字和信号基于经滤波的信号和经控制的信号。
8.如权利要求7所述的扩展系统，其特征在于，所述增益元件包括乘法器。
9.如权利要求7所述的扩展系统，其特征在于，所述经滤波的信号的宽度大于一比特，以及其中第一扩展信号的宽度为一比特。
10.如权利要求1所述的扩展系统，其特征在于，所述扩展系统还包含一个增益元件，用于根据经滤波的信号产生经控制的信号，其中数字和信号基于经控制的信号和第二扩展信号。
11.如权利要求10所述的扩展系统，其特征在于，所述增益元件包括乘法器。
12.如权利要求1所述的扩展系统，其特征在于还包括第二滤波器，用于根据第二扩展信号产生第二经滤波的信号，数字和信号基于经滤波的信号和第二经滤波的信号。
13.如权利要求12所述的扩展系统，其特征在于，所述经滤波的信号的宽度大于一比特，以及其中第一扩展信号的宽度为一比特。
14.如权利要求1所述的扩展系统，其特征在于，所述滤波器包括低通滤波器，其截止频率大致等于第一扩展信号比特速率的一半。
15.如权利要求1所述的扩展系统，其特征在于还包括第三扩展器，根据第一数据信号产生第三扩展信号；第四扩展器，根据第二数据信号产生第四扩展信号；第二加法器，用于根据第三和第四扩展信号产生数字和信号。
16.如权利要求15所述的扩展系统，其特征在于，所述经滤波的信号的宽度大于一比特，以及其中第一扩展信号的宽度为一比特。
17.如权利要求15所述的扩展系统，其特征在于，第四扩展器用第一伪噪声序列扩展第二数据信号，以及其中第三扩展器用第二个伪噪声序列扩展第一数据信号，以及其中第二伪噪声序列不同于第一伪噪声序列。
18.如权利要求17所述的扩展系统，其特征在于，第一扩展器用于根据第一伪噪声序列产生第一数据信号，以及其中第二扩展器用第二伪噪声序列扩展第二数据信号。
19.如权利要求18所述的扩展系统，其特征在于，所述经滤波的信号的宽度大于一比特，以及其中第一扩展信号的宽度为一比特。
20.一种数字信号处理方法，该方法的特征在于包括扩展第一数据信号以得到第一扩展信号；扩展第二数据信号以得到第二扩展信号；滤波第一扩展信号以得到经滤波的信号；以及将基于经滤波信号的信号与基于第二扩展信号的信号相加，得到数字和信号。
21.如权利要求20所述的数字信号处理的方法，其特征在于，所述扩展第一数据信号包括用第一伪噪声序列扩展第一数据信号，以及其中扩展第二数据信号包括用第二伪噪声序列扩展第二数据信号，以及其中第二伪噪声序列不同于第一伪噪声序列。
22.如权利要求20所述的数字信号处理的方法，其特征在于，所述经滤波的信号的宽度大于一比特。
23.如权利要求22所述的数字信号处理的方法，其特征在于，所述第一扩展信号的宽度是一比特。
24.如权利要求20所述的数字信号处理的方法，其特征在于，扩展第一数据信号包括执行异或操作，其中将第一数据信号和伪噪声序列作为输入，将第一扩展信号作为输出。
25.如权利要求20所述的数字信号处理的方法，其特征在于还包括，将经滤波的信号乘以一个增益因子以得到经控制的信号，其中将基于经滤波信号的信号与基于第二扩展信号的信号相加包括将基于经控制信号的信号和基于第二扩展信号的信号相加。
26.如权利要求20所述的数字信号处理的方法，其特征还包括，将基于第二扩展信号的信号乘以一个增益因子以得到经控制的信号，其中将基于经滤波信号的信号与基于第二扩展信号的信号相加包括将基于经滤波信号的信号和基于经控制信号的信号相加。
27.如权利要求20所述的数字信号处理的方法，其特征还包括扩展第一数据信号以得到第三扩展信号；扩展第二数据信号以得到第四扩展信号；以及将基于第三扩展信号的信号与基于第四扩展信号的信号相加，以获得第二数字和信号。
28.如权利要求27所述的数字信号处理的方法，其特征在于，所述扩展第一数据信号以得到第一扩展信号包括用第一伪噪声序列扩展第一数据信号，以及其中所述扩展第二数据信号以得到第二扩展信号包括用第二伪噪声序列扩展第二数据信号，以及其中所述扩展第一数据信号以得到第三扩展信号包括用第二伪噪声序列扩展第一数据信号，以及其中所述扩展第二数据信号以得到第四扩展信号包括用第一伪噪声序列扩展第二数据信号，以及其中第二伪噪声序列不同于第一伪噪声序列。
全文摘要
按照本发明实施例的扩展系统扩展的是两个数据信号。系统产生一个基于其中一个数据信号的经滤波的信号，和一个基于这两个数据信号的输出信号。在一个实例中，扩展系统用于实现两个数据信号的QPSK扩展，包括分别处理两个数据信号。这种分别控制包括滤波和/或增益控制。
文档编号H04B1/707GK1516928SQ01821508
公开日2004年7月28日 申请日期2001年11月3日 优先权日2000年11月3日
发明者B·K·巴特勒, J·M·穆赫辛巴, D·约翰, H·张, B K 巴特勒, 穆赫辛巴 申请人:高通股份有限公司