Область техники
Настоящее изобретение относится к системам беспроводной связи. В частности, настоящее изобретение относится к генераторам псевдослучайных чисел (ПЧ) для систем связи с расширенным спектром.
Предшествующий уровень техники
Использование способов модуляции множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) является одним из способов обеспечения связи при наличии в системе большого количество абонентов. Несмотря на то, что в данной области техники известны и другие способы множественного доступа в системе связи, например множественный доступ с временным разделением (МДВР) и GSM (глобальная система мобильной связи), множественный доступ с частотным разделением (МДЧР) и схемы амплитудной модуляции, например, с амплитудным компандированием одной боковой полосы, способ модуляции с расширением спектра имеет существенные преимущества для систем связи множественного доступа по сравнению с этими другими способами модуляции. Использование способов МДКР в системе связи множественного доступа раскрыто в патенте США №4901307, выданном 13 февраля 1990 г. на "Систему связи множественного доступа с расширенным спектром, использующую спутниковые или наземные ретрансляторы", и в патенте США №5103459, выданном 7 апреля 1992 г. на "Систему и способ генерации сигнала в системе сотовой телефонной связи МДКР", права которых переданы патентовладельцу настоящего изобретения и которые включены в настоящее описание посредством ссылки.
Системы МДКР обычно проектируют таким образом, чтобы они соответствовали определенному стандарту МДКР. Примерами таких стандартов являются, в том числе, стандарт Ассоциации промышленности средств связи (TIA) /Ассоциации электронной промышленности США (EIA) / Международный стандарт IS-95-A, имеющий название "Стандарт совместимости подвижной станции и базовой станции для двухрежимной системы широкополосной сотовой связи с разнесением по спектру TIA/EIA/IS-95-A" (ниже именуемый международным стандартом IS-95-A) и стандарты TIA/EIA/IS-98-A, -В и -С, имеющие название "Стандарт рекомендованных минимальных требований к рабочим характеристикам двухрежимных подвижных станций с разнесением по спектру для систем сотовой и систем персональной связи.
Системы МДКР представляют собой системы с расширенным посредством прямой модуляции последовательностью спектром, которые осуществляют расширение спектра передаваемых данных во всей имеющейся ширине полосы пропускания системы с использованием набора синфазных и квадратурных псевдослучайных шумовых (ПШ) последовательностей. Выбор ПШ последовательностей обусловлен наличием некоторых важных свойств "случайности", которые обеспечивают высокие рабочие характеристики. Каждый стандарт МДКР определяет конкретные ПШ последовательности, которые должны использоваться для расширения спектра данных.
В системах МДКР конкретная географическая область может быть разделена на несколько соседних сотовых ячеек, а каждая сотовая ячейка может быть дополнительно разделена на несколько секторов. Обслуживание каждой сотовой ячейки или сектора осуществляют посредством базовой станции, которая обеспечивает связь с несколькими подвижными станциями, находящимися внутри зоны охвата ячейки либо внутри зоны охвата сектора. Термин "прямая линия связи" относится к передаче от базовой станции к подвижной станции, а термин "обратная линия связи" относится к передаче от подвижной станции к базовой станции. Для прямой линии связи и обратной линии связи выделяют различные частоты.
В системе МДКР, которая соответствует международному стандарту IS-95-A, каждой передающей базовой станции присваивается конкретный сдвиг ПШ последовательностей. В частности, в соответствии с стандартом IS-95-A каждой из базовых станций присваивают один из 512 возможных сдвигов. Присвоенный сдвиг позволяет подвижной станции распознавать каждую базовую станцию, с которой она поддерживает связь.
Базовая станция обычно передает по прямой линии связи пилот-сигнал, используемый подвижной станцией для обнаружения. В системе, соответствующей стандарту IS-95-A, пилот-сигнал представляет собой просто передаваемые ПШ последовательности с присвоенным сдвигом. Пилот-сигнал позволяет подвижной станции своевременно обнаруживать локальную базовую станцию. Из принятого пилот-сигнала подвижная станция также получает информацию синхронизации и информацию об относительной мощности сигнала.
При росте потребностей в обеспечении беспроводной связью географическая область может содержать в себе множество систем связи с расширенным спектром. Например, обслуживание географической области может быть одновременно осуществлено посредством одной системы МДКР, работающей в полосе частот сотовой связи, и другой системы МДКР, работающей в полосе частот СПС (или в иной полосе частот). Подвижная станция может быть выполнена с возможностью входа в синхронизм и поддержки связи с одной или с большим количеством систем МДКР. В том случае, если базовые станции этих различных систем МДКР осуществляют передачу с использованием одинаковых ПШ последовательностей, то подвижная станция, находящаяся в процессе вхождения в синхронизм, может оказаться неспособной легко отличать пилот-сигналы, исходящие из этих систем, друг от друга. В результате, для вхождения в синхронизм с желательной системой и ее распознавания может потребоваться дополнительная обработка сигналов, что может приводить к увеличению длительности процесса вхождения в синхронизм.
Следовательно, создание способов, способствующих обнаружению и вхождению в синхронизм с конкретной системой МДКР в условиях наличия множества систем, является чрезвычайно желательным.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении предложены способы усовершенствования процесса вхождения в синхронизм в режиме связи с расширенным спектром, в котором подвижная станция осуществляет прием сигналов с расширенным спектром по каналу прямой связи из множества систем МДКР, или в котором подвижная станция не имеет априорных сведений об источнике принятого сигнала. Согласно изобретению расширения спектра сигналов от различных систем МДКР осуществляют посредством различных наборов ПШ последовательностей, причем ПШ последовательности из каждого набора являются некоррелированными по отношению к ПШ последовательностям, имеющимся в других наборах. Посредством использования некоррелированных ПШ последовательностей уменьшают вероятность вхождения в синхронизм с пилот-сигналом от нежелательной системы или сводят ее к минимуму, что приводит к сокращению среднего времени вхождения в синхронизм с пилот-сигналом, исходящим из желательной системы.
В варианте осуществления изобретения предложен способ вхождения в синхронизм с одним конкретным сигналом из нескольких возможных сигналов с расширенным спектром, причем расширение спектра конкретного сигнала осуществляют посредством конкретного набора ПШ последовательностей. Согласно этому способу идентифицируют первый набор ПШ последовательностей, который соответствует первому предположению о конкретном сигнале расширенным спектром, с которым осуществляют вхождение в синхронизм. Затем производят обработку принятого сигнала посредством идентифицированного набора ПШ последовательностей для извлечения пилот-сигнал. Осуществляют вычисление количественного критерия (метрики) для извлеченного пилот-сигнала и используют его для определения того, было ли осуществлено вхождение в синхронизм с данным пилот-сигналом. Если определено, что вхождение в синхронизм с пилот-сигналом не было осуществлено, то производят выбор второго набора ПШ последовательностей, соответствующих второму предположению о конкретном сигнале с расширенным спектром, и используют его для обработки принятого сигнала. ПШ последовательности из второго набора являются некоррелированными по отношению к ПШ последовательностям из первого набора.
В конкретном варианте осуществления ПШ последовательности из второго набора являются обратными по отношению к ПШ последовательностям из первого набора. Генерация первого набора ПШ последовательностей может быть осуществлена посредством характеристических полиномов, указанных в стандарте IS-95-A.
В другом варианте осуществления изобретения предложен способ, используемый в приемном устройстве, конфигурируемом для вхождения в синхронизм с одним конкретным сигналом из нескольких возможных сигналов с расширенным спектром. Приемное устройство содержит приемник, демодулятор, устройство сжатия спектра, генератор ПШ, устройство обработки и контроллер. Приемник принимает и преобразует принятый сигнал, который содержит в себе конкретный сигнал с расширенным спектром, для получения преобразованного сигнала. Демодулятор демодулирует преобразованный сигнал, в результате чего получают сигналы базовой полосы (полосы частот модулирующих сигналов), а устройство сжатия спектра осуществляет сжатие сигналов базовой полосы с использованием первого набора ПШ последовательностей, для получения сжатых сигналов. Генератор ПШ создает первый набор ПШ последовательностей, выбор которого производят из нескольких наборов ПШ последовательностей и который соответствует первому предположению о конкретном сигнале с расширенным спектром, с которым осуществляют вхождение в синхронизм. Устройство обработки обрабатывает сжатие сигнала для извлечения пилот-сигнала и вычисляет количественный критерий (метрику) для извлеченного пилот-сигнала. Контроллер определяет, частично на основании вычисленного количественного критерия, было ли осуществлено вхождение в синхронизм с пилот-сигналом. Если определено, что вхождение в синхронизм с пилот-сигналом не было осуществлено, то контроллер подает в генератор ПШ команду создать второй набор ПШ последовательностей, соответствующих второму предположению о конкретном сигнале с расширенным спектром, с которым осуществляют вхождение в синхронизм. ПШ последовательности из второго набора являются некоррелированными по отношению к ПШ последовательностям из первого набора.
И снова, в конкретном варианте осуществления ПШ последовательности из второго набора являются обратными по отношению к ПШ последовательностям из первого набора. Генерация первого набора ПШ последовательностей также может быть осуществлена посредством характеристических полиномов, указанных в стандарте IS-95-A.
В еще одном варианте осуществления изобретения предложено передающее устройство, которое содержит устройство расширения спектра, генератор ПШ, модулятор и передатчик. Устройство расширения спектра осуществляет прием данных пилот-сигнала и расширение его спектра посредством набора ПШ последовательностей, в результате чего получают данные пилот-сигнала с расширенным спектром. Генератор ПШ создает набор ПШ последовательностей, генерацию которых осуществляют на основе следующих характеристических полиномов:
PI.2=х15+х10+х8+х7+x6+x2+1 и
PQ.2=х15+х12+х11+х10+х9+х5+х4+х3+1.
Модулятор осуществляет модуляцию данных пилот-сигнала с расширенным спектром для получения модулированного сигнала, а передатчик принимает и преобразует модулированный сигнал для создания сигнала с расширенным спектром. Может быть осуществлено стробирование данных пилот-сигнала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Отличительные признаки, сущность и преимущества настоящего изобретения поясняются ниже в подробном описании, иллюстрируемом чертежами, на которых одинаковыми ссылочными позициями на различных чертежах обозначены, соответственно, одинаковые блоки и на которых показано следующее:
Фиг.1 - блок-схема конкретного варианта осуществления передающего устройства, формирующего сигнал с расширенным спектром в системе связи МДКР;
Фиг.2 - более подробная блок-схема варианта осуществления устройства кодирования и устройства расширения спектра для передающего устройства, которое соответствует стандарту IS-95-А;
Фиг.3 - блок-схема конкретного варианта осуществления приемного устройства, которое осуществляет прием и обработку сигнала с расширенным спектром;
Фиг.4 - блок-схема варианта осуществления устройства декодирования, находящегося в приемном устройстве;
Фиг.5 - схема последовательности операций для варианта осуществления процесса вхождения в синхронизм, выполняемого в подвижной станции;
Фиг.6А - блок-схема варианта осуществления генератора ПШ, выполняющего генерацию синфазной ПШ последовательности в соответствии с характеристическим полиномом, который указан в стандарте IS-95-A; и
Фиг.6Б - блок-схема варианта осуществления генератора ПШ, выполняющего генерацию синфазной ПШ последовательности, являющейся обратной по отношению к той ПШ последовательности, генерация которой показана на Фиг.6А.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ КОНКРЕТНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1 показана блок-схема конкретного варианта осуществления передающего устройства 100, которое выполняет генерацию сигнала с расширенным спектром в системе связи МДКР. В передающем устройстве 100 данные, поступающие из источника 112 данных, разделяют на кадры данных и подают их в устройство 114 кодирования. Контроллер 116 может осуществлять управление разделением и передачей данных из источника 112 данных, а также может обеспечивать подачу дополнительных данных и сообщений в устройство 114 кодирования. Устройство 114 кодирования осуществляет кодирование полученных данных и сообщений в соответствии с конкретным форматом кодирования и подачу кодированных данных в устройство 118 расширения спектра. В устройство 118 расширения спектра также подают набор псевдослучайных шумовых (ПШ) последовательностей из генератора 120 ПШ, и оно выполняет расширение спектра кодированных данных и сообщений посредством ПШ последовательностей, осуществляя генерацию данных с расширенным спектром. Данные с расширенным спектром подают в модулятор 122 (МОД), который выполняет модуляцию данных сигналом несущей промежуточной частоты (ПЧ_НИЗ) в соответствии с конкретным форматом модуляции (например, квадратурной фазовой манипуляции (КФМн) или квадратурной фазовой манипуляции со сдвигом (КФМнС)), осуществляя генерацию модулированного сигнала промежуточной частоты.
Модулированный сигнал промежуточной частоты подают в передатчик 130 (ПРД), который выполняет буферизацию и усиление сигнала, преобразование сигнала с повышением частоты в радиочастотный (РЧ) диапазон, а также фильтрацию и усиление РЧ сигнала, осуществляя генерацию модулированного РЧ сигнала. Затем модулированный РЧ сигнал направляют через устройство развязки и антенный переключатель и осуществляют его передачу через антенну 132 в виде сигнала с расширенным спектром. Ниже приведено более подробное описание некоторых блоков, показанных на Фиг.1.
Передающее устройство 100 может быть выполнено таким образом, чтобы в нем был реализован конкретный стандарт множественного доступа с кодовым разделением (МДКР). Например, передающее устройство 100 может быть выполнено таким образом, чтобы оно соответствовало: (1) стандарту (TIA)/(EIA)/IS-95-А, имеющему название "Стандарт совместимости подвижной станции и базовой станции для двухрежимной системы широкополосной сотовой связи с разнесением по спектру TIA/EIA/IS-95-A, (2) стандартам TIA/EIA/IS-98-A, -В и -С, имеющим название "Стандарт рекомендованных минимальных требований к рабочим характеристикам двухрежимных подвижных станций с разнесением по спектру для систем сотовой и систем персональной связи (СПС)", (3) варианту стандарта системы радиотелефонной связи cdma-2000, представленному на рассмотрение сектором радиосвязи Международного союза по электросвязи (МСЭ)" (ITU-R RTT) или (4) варианту стандарта наземной системы радиосвязи с абонентами (UTRA), универсальной системы мобильной связи (UMTS), Европейского института стандартизации в области связи (ETSI), представленному на рассмотрение ITU-R RTT, которые в данном описании именуются соответственно стандартом IS-95-A, стандартом IS-98, стандартом IS-2000 или вариантом стандарта IS-2000, представленным на рассмотрение, и стандартом WCDMA (широкополосного множественного доступа с кодовым разделением) или вариантом стандарта WCDMA, представленным на рассмотрение. Эти стандарты включены в данное описание посредством ссылки.
Передающее устройство 100 может быть также выполнено таким образом, чтобы в нем была реализована конкретная архитектура МДКР, которая еще не определена стандартом, например система МДКР, описанная в заявке на патент США №08/963386 на "Способ и устройство высокоскоростной пакетной передачи данных", права на которую переданы патентовладельцу настоящего изобретения и которая включена в настоящее изобретение посредством ссылки.
На Фиг.2 изображена более подробная блок-схема варианта осуществления устройства 114 кодирования и устройства 118 расширения спектра для передающего устройства, которое соответствует стандарту IS-95-A. Данные канала пилот-сигнала подают в канальный блок 220а наложения кода, который накладывает на данные код Уолша 0 (то есть, последовательность из 64-х бит, которая вся состоит из нулей). В соответствии со стандартом IS-95-A, данные пилот-сигнала представляют собой последовательность, полностью состоящую из нулей, а данные пилот-сигнала с наложенным кодом также представляют собой последовательность, полностью состоящую из нулей. Затем данные пилот-сигнала с наложенным кодом подают в устройства 222а и 222б расширения спектра, в которые также подают соответственно синфазную ПШ последовательность (СПШ) и квадратурную ПШ последовательность (КПШ). Каждое из устройств 222 расширения спектра выполняет расширения спектра полученных данных посредством соответствующей ПШ последовательности и подает данные с расширенным спектром в устройство 226 масштабирования и суммирования.
Данные канала синхронизации (синхр) подают в устройство 210а кодирования, которое осуществляет кодирование данных с использованием конкретного формата кодирования. В соответствии с стандартом IS-95-A, устройство 210а кодирования выполняет генерацию набора битов проверки посредством циклического избыточного кода (ЦИК) и добавляет их к данным, добавляет набор кодированных хвостовых битов, выполняет сверточное кодирование данных и добавленных битов, осуществляя генерацию кодовых символов, и выполняет многократное повторение символов таким образом, чтобы обеспечить конкретную скорость передачи символов для кодированных данных. Кодированные данные подают в устройство 212а поблочного перемежения, которое осуществляет переупорядочение символов с использованием конкретного формата упорядочения. Данные, для которых выполнено перемежение, подают в канальный блок 220б наложения кода, который накладывает на данные код Уолша 32 (то есть, последовательность из 64-х бит, которая состоит из 32-х нулей, после которых следуют 32 единицы). Данные синхронизации с наложенным кодом подают в устройства 222в и 222г расширения спектра, которые осуществляют расширение спектра данных синхронизации посредством, соответственно, синфазной и квадратурной ПШ последовательностей, а данные с расширенным спектром подают в устройство 226 масштабирования и суммирования.
Данные канала трафика (то есть, данные, предназначенные для передачи) подают в устройство 210б кодирования, которое осуществляет кодирование данных с использованием конкретного формата кодирования. Устройство 210б кодирования осуществляет генерацию набора битов ЦИК и добавляет их к данным, добавляет набор кодированных хвостовых битов, выполняет кодирование данных и добавленных битов посредством конкретного сверточного кода, выбор которого может быть осуществлен исходя из скорости передачи данных, и выполняет многократное повторение кодовых символов таким образом, чтобы обеспечить конкретную скорость передачи символов для кодированных данных. Кодированные данные подают в устройство 212б поблочного перемежения, которое осуществляет переупорядочение символов с использованием конкретного формата упорядочения и подает данные, для которых выполнено перемежение, в шифратор 214. В шифратор 214 также подают длинную ПШ последовательность из генератора 216 длинной ПШ последовательности для шифрования данных посредством длинной ПШ последовательности и генерации зашифрованных данных. Зашифрованные данные и данные управления мощностью подают в мультиплексор 218, который осуществляет выбор либо зашифрованных данных, либо данных управления мощностью в зависимости от управляющего сигнала, поступающего из устройства 217 прореживания, и подает выбранные данные в канальный блок 220в наложения кода.
Канальный блок 220в наложения кода накладывает на данные конкретный код Уолша Wi, назначенный для сеанса связи с конкретной подвижной станцией. Данные трафика с наложенным кодом подают в устройства 222д и 222е расширения спектра, которые расширяют спектр полученных данных посредством соответственно синфазной и квадратурной ПШ последовательностей, и подают данные с расширенным спектром в устройство 226 масштабирования и суммирования. В устройство 226 масштабирования и суммирования также поступают данные с расширенным спектром других каналов трафика для масштабирования данных для каждого канала трафика в соответствии с механизмом управления мощностью и объединения данных пилот-сигнала, данных синхронизации и масштабированных данных трафика для получения результирующих данных с расширенным спектром.
Поскольку и данные, и ПШ последовательности, и последовательности кода Уолша из Фиг.2 содержат один бит разрешения, то каждый из канальных блоков 220 наложения кода, каждое из устройств 222 расширения спектра и шифратор 214 могут быть реализованы с использованием сумматора по модулю 2 (например, логического элемента "исключающее ИЛИ").
На Фиг.3 показана блок-схема конкретного варианта осуществления приемного устройства 300, которое осуществляет прием и обработку сигнала с расширенным спектром. Прием сигнала осуществляют посредством антенны 310, и подают его в приемник 312 (ПРМ), который выполняет усиление, фильтрацию и преобразование сигнала с понижением частоты. Полученный в результате этого модулированный сигнал промежуточной частоты (ПЧ) подают в демодулятор 314, который осуществляет демодуляцию сигнала с использованием формата демодуляции (например, КФМн или КФМнС), который является взаимодополняющим по отношению к тому формату модуляции, который используют в источнике передаваемых данных. Демодулированные синфазные (I) и квадратурные (Q) данные подают в устройство 316 сжатия спектра, которое осуществляет сжатие данных посредством синфазной и квадратурной ПШ последовательностей, поступающих из генератора 318 ПШ. Сжатые данные подают в устройство 320 декодирования, которое осуществляет декодирование данных посредством схемы декодирования, которая является дополняющей по отношению к схеме кодирования, реализованной в источнике передаваемых данных. Декодированные данные подают в приемник 322 данных. Контроллер 330 получает из устройства декодирования 320 декодированные данные и другую информацию и осуществляет управление функционированием генератора 318 ПШ.
На Фиг.4 показана блок-схема варианта осуществления устройства 320 декодирования. Для восстановления данных пилот-сигнала сжатые данные из устройства 316 сжатия подают в фильтр 410, который выполняет накопление каждой из синфазной (I) и квадратурной (Q) компонент демодулированных данных в течение конкретного промежутка времени, соответствующего когерентности канала. Отфильтрованные синфазные (I) и квадратурные (Q) данные затем подают в блок 412, в котором выполняют возведение в квадрат каждой из синфазной (I) и квадратурной (Q) компонент данных и суммирование данных, возведенных в квадрат. Сигнал, получаемый на выходе блока 412 и представляющий собой оценочное значение интенсивности пилот-сигнала (EС/I0), подают в контроллер 330.
Контроллер 330 вычисляет количественный критерий для данных пилот-сигнала. В одном из вариантов осуществления контроллер 330 осуществляет вычисление энергии пилот-сигнала путем суммирования возведенных в квадрат данных за конкретный промежуток времени (например, 64 значения данных). Процедура вычисления энергии пилот-сигнала описана в патенте США №5805648, выданном 8 сентября 1998 г. на "Способ и устройство осуществления поискового обнаружения в системе связи МДКР", и в патенте США №5903554, выданном 11 мая 1999 г. на "Способ и устройство измерения качества канала связи в системе связи с разнесением по спектру", права на оба из которых переданы патентовладельцу настоящего изобретения и которые включены в настоящее описание посредством ссылки. Совокупность блоков (например, фильтра 410, блока 412 и части контроллера 330), посредством которых осуществляют обработку сжатых данных для создания вычисляемого количественного критерия (например, вычисляемого результата измерения энергии пилот-сигнала), именуют устройством обработки.
Демодулированные синфазные (I) и квадратурные (Q) данные также подают в устройство 420 удаления кода Уолша, которое осуществляет удаление из данных конкретного кода Уолша, который соответствует обрабатываемому каналу синхронизации или обрабатываемому каналу трафика. Данные с удаленным кодом подают в демодулятор 422 данных, в который также подают отфильтрованные синфазные (I) и квадратурные (Q) данные из фильтра 410. При демодуляции данных отфильтрованные синфазные (I) и квадратурные (Q) данные используют в качестве опорных значений фазы и амплитуды. Сигнал, полученный на выходе демодулятора 422 данных, затем подают в устройство 424 декодирования, которое осуществляет декодирование данных способом, который является дополняющим по отношению к тому способу кодирования, который реализован в источнике передаваемых данных. В частности, устройство 424 декодирования выполняет переупорядочение данных с удаленным кодом, сверточное декодирование переупорядоченных данных (например, с использованием устройства декодирования по алгоритму Витерби) и проверку декодированных данных посредством битов циклического избыточного кода (ЦИК). Декодированные данные подают в контроллер 330.
Осуществляют обработку пилот-канала, который используют в подвижной станции для извлечения информации о привязке по времени и определения качества прямой связи. При включении электропитания или при передаче из линии другой системы связи (например, из аналоговой системы или из иной системы МДКР) подвижная станция переходит в состояние инициализации, в котором она осуществляет поиск сигналов, передаваемых из одной или более базовых станций. После этого инициализированная подвижная станция готова осуществлять прием или начать сеанс связи с обнаруженной базовой станцией (обнаруженными базовыми станциями).
На Фиг.5 показана схема последовательности операций для варианта осуществления процесса вхождения в синхронизм, выполняемого в подвижной станции. Процесс вхождения в синхронизм выполняют тогда, когда подвижная станция находится в состоянии инициализации. Подвижная станция после включения электропитания или в том случае, если она находится в другом рабочем состоянии, переходит в состояние 510 определения системы. В состоянии 510 подвижная станция осуществляет выбор конкретной используемой системы МДКР и устанавливает в поле КАНМДКР (каналы МДКР) канала либо номер основного канала МДКР, либо номер дополнительного канала МДКР. В альтернативном варианте подвижная станция может осуществить выбор режима работы в системе иного типа (например, в аналоговой системе) и перейти в состояние 511. В том случае, если произведен выбор системы МДКР, подвижная станция входит в состояние 512 вхождения в синхронизм с контрольным каналом.
Находясь в состоянии 512, подвижная станция предпринимает попытку войти в синхронизм с пилот-сигнала каналом выбранной системы МДКР. Подвижная станция осуществляет настройку на канал МДКР, имеющий номер, который указан в поле КАНМДКР канала, устанавливает код своего канала соответствующим каналу пилот-сигнала и производит поиск пилот-сигнала. Если подвижная станция успешно вошла в синхронизм с каналом пилот-сигнала в течение первого конкретного промежутка времени Т1, то она входит в состояние 514 вхождения в синхронизм с каналом синхронизации. В противном случае, если подвижная станция не смогла войти в синхронизм с каналом пилот-сигнала в течение первого конкретного промежутка времени Т1, то она переходит обратно в состояние 510 определения системы.
В состоянии 514 подвижная станция осуществляет прием и обработку сообщения канала синхронизации, переданного по каналу синхронизации, для получения информации о конфигурации системы и о привязке по времени. В том случае, если прием надлежащего сообщения канала синхронизации осуществлен подвижной станцией в течение второго конкретного промежутка времени Т2, а уровень версии протокола, поддерживаемого подвижной станцией, является более высоким или равным минимальному уровню версии протокола, поддерживаемому базовой станцией, подвижная станция осуществляет извлечение и запоминание набора информации из сообщения канала синхронизации. После этого подвижная станция входит в состояние 516 изменения привязки по времени.
В состоянии 516 подвижная станция осуществляет временную синхронизацию своего длинного кода ПШ и системного времени с теми, которые имеются в системе МДКР, с которой осуществляют вхождение в синхронизм. Эту временную синхронизацию осуществляют с использованием информации, извлеченной из принятого сообщения канала синхронизации. Подвижная станция также осуществляет инициализацию других внутренних регистров и входит в состояние, в котором подвижная станция находится в состоянии "свободно" (на Фиг.5 не показано). Затем подвижная станция ожидает обмена информацией с той базовой станцией, с которой она вошла в синхронизм.
Возвращаясь к состоянию 514, в том случае, если подвижная станция не приняла надлежащего сообщения канала синхронизации в течение промежутка времени Т2, подвижная станция переходит обратно в состояние 510 определения системы. К тому же, если подвижная станция приняла надлежащее сообщение канала синхронизации в течение промежутка времени Т2, но уровень версии протокола, поддерживаемого подвижной станцией, является более низким, чем минимальный уровень версии протокола, поддерживаемого базовой станцией, то подвижная станция также переходит обратно в состояние 510 определения системы.
В том случае, если возврат подвижной станции в состояние 510 произошел вследствие неудачи вхождения в синхронизм либо с каналом пилот-сигнала, либо с каналом синхронизации, подвижная станция устанавливает в поле КАНМДКР канала номер другого канала (например, основного или дополнительного) и предпринимает попытку войти в синхронизм на другом канале МДКР. Перед выполнением процедуры выбора системы подвижная станция может предпринимать несколько попыток вхождения в синхронизм как по основному, так и по дополнительному каналу. Более подробное описание процесса вхождения в синхронизм приведено в стандарте IS-95-A.
Пилот-сигнал используется для синхронизации подвижной станции по фазе и частоте ПШ с сигналами, передаваемыми из базовой станции. Вхождение в синхронизм с пилот-сигналом осуществляется посредством "поискового устройства", которое содержит аппаратные средства отслеживания как фазы, так и частоты, находящиеся в приемном устройстве. В исходном состоянии подвижная станция устанавливает свою частоту близкой к частоте пилот-сигнала. Затем поисковое устройство входит в синхронизм с фазой принятого сигнала, а после этого входит в синхронизм с частотой сигнала.
Для определения фазы принятого пилот-сигнала осуществляют выбор и проверку конкретного подмножества фаз из набора всевозможных сдвигов фазы. Выбранное подмножество сдвигов фазы именуется "окном". Подвижная станция определяет, являются ли какие-либо из сдвигов фазы в "окне" синхронизированными со сдвигом фазы принятого сигнала.
В вышеуказанном патенте США №5805648 раскрыты способ и устройство вхождения в синхронизм с пилот-сигналом в системе связи МДКР. В соответствии с известным способом осуществляют выбор конкретного сдвига ПШ из "окна" и задают значение этого сдвига в генераторе ПШ. Осуществляют сжатие спектра принятого сигнала посредством ПШ последовательностей, имеющих выбранный сдвиг, и вычисляют энергию пилот-сигнала в течение конкретного промежутка времени (то есть, по конкретному количеству элементов ПШ кода). В том случае, если вычисленное значение энергии превышает порог обнаружения, осуществляют сканирование сдвига ПШ конкретное количество раз, и вычисляют энергию пилот-сигнала для каждого цикла сканирования. В том случае, если вычисленное значение энергии для всех циклов сканирования превышают пороговое значение подтверждения достоверности, то полагают, что вхождение в синхронизм с этим каналом пилот-сигнала успешно осуществлено.
В противном случае, если при первоначальном цикле сканирования вычисленное значение энергии для конкретного сдвига ПШ меньше, чем порог обнаружения, или если при повторном цикле сканирования вычисленное значение энергии меньше, чем пороговое значение подтверждения достоверности, то осуществляют выбор другого значения сдвига ПШ из "окна" и его проверку. Если для всех значений сдвигов ПШ, имеющихся в "окне", получен отрицательный результат, то производят выбор другого "окна" возможных сдвигов ПШ и осуществляют его сканирование. В том случае, если выполнено сканирование всех "окон", а вхождение в синхронизм с каналом пилот-сигнала все еще не осуществлено, может быть произведено изменение критериев поиска, и процесс вхождения в синхронизм может быть повторен. Например, могут быть изменены размер "окна", количество некогерентно накапливаемых элементов кода и количество повторений при когерентном накоплении.
В системах связи с расширенным спектром осуществляют тщательный выбор ПШ последовательностей таким образом, чтобы обеспечить наличие определенных важных свойств "случайности". Систематизацию некоторых из этих свойств осуществляют следующим образом:
R-1: Значения каждой относительной частоты повторения нулей ("0") и единиц ("1") равны 50 процентам.
R-2: Значения длины серий (нулей и единиц) равны ожидаемым при эксперименте подбрасывания монеты "орел-решка". Половина из всех значений длины серий равна единице (то есть, одной единице или одному нулю), одна четверть из них имеет длину два, одна восьмая из них имеет длину три и т.д. Для всех конечных значений n длину n имеет 1/2n-я часть от всех серий.
R-3: При сдвиге случайной последовательности на любое количество элементов, не равное нулю, результирующая последовательность будет иметь равное количество совпадений и несовпадений с исходной последовательностью.
В стандарте IS-95-A задан конкретный набор ПШ последовательностей для использования в процедуре разнесения данных по спектру, выполняемой перед передачей. Каждая синфазная и квадратурная ПШ последовательность имеет длину 215 элементов (то есть, длину, равную 32768 элементам ПШ кода), а их генерацию осуществляют исходя из приведенных ниже характеристических полиномов:
PI.1=х15+х13+х9+х8+x7+x5+1 и (1)
PQ.1=х15+х12+х11+х10+х6+х5+х4+х3+1. (2)
На Фиг.6А показана блок-схема варианта осуществления генератора 600а ПШ, посредством которого осуществляют генерацию синфазной ПШ последовательности в соответствии с характеристическим полиномом, приведенным в уравнении (1). Генератор 600а ПШ содержит несколько блоков задержки 610а-610п, соединенных последовательно. Начальные значения параметров блоков 610 задержки задают посредством набора значений, полученного исходя из желательного сдвига ПШ. Выходные сигналы из блоков задержки 610б, 610е, 610ж, 610з и 610к подают в сумматоры 612а-612д по модулю 2 соответственно. В сумматоры 612а-612д также поступают выходные сигналы из сумматоров 612б-612д и блока задержки 610к. Каждый сумматор 612 выполняет суммирование двух входных сигналов по модулю 2 и выдает результирующее значение на свой выход. Выходной сигнал из сумматора 612а подают в блок 610а задержки.
Последовательность СПШ_1, получаемая из генератора 600а ПШ, имеет длину 215-1 (то есть, 32767 элементов) и обеспечивает наличие вышеописанных свойств "случайности". Всякий раз при обнаружении 14-ти последовательных нулей в последовательность СПШ_1 выполняют вставку дополнительного нуля (0). При наличии дополнительного нуля получаемая на выходе ПШ последовательность обладает вышеуказанными свойствами при n≤15. Аналогичный генератор ПШ может быть использован и для генерации квадратурной ПШ последовательности в соответствии с характеристическим полиномом, приведенным в уравнении (2).
ПШ последовательности, определяемые стандартом IS-95-A, имеют вышеуказанные требуемые свойства "случайности" и обеспечивают превосходное функционирование в системе с расширенным спектром. Кроме того, эти ПШ последовательности выдержали проверку временем за много лет с начала их использования. Следовательно, при создании новейших систем МДКР и стандартов на них оказывает влияние фактор использования в них тех же самых ПШ последовательностей, которые заданы в стандарте IS-95-A.
Однако в том случае, когда в конкретной географической области работает множество систем МДКР, и в этих системах используют одинаковый набор ПШ последовательностей для расширения спектр, вхождение в синхронизм с каналом пилот-сигнала этих систем может оказаться более сложным. Подвижная станция осуществляет прием составного сигнала, то есть, совокупности сигналов с расширенным спектром из всех передающих базовых станций этих различных систем МДКР. Подвижная станция осуществляет выбор одной из систем для вхождения в синхронизм с нею и осуществляет обработку принятого сигнала с использованием ПШ последовательностей, соответствующих выбранной системе. В процессе вхождения в синхронизм подвижная станция осуществляет сжатие спектра принятого сигнала с использованием различных сдвигов выбранных ПШ последовательностей и вычисляет значения энергии пилот-сигнала для этих различных сдвигов.
В том случае, если во множестве систем МДКР используют одинаковые ПШ последовательности для расширения спектра данных пилот-сигнала, подвижная станция может оказаться неспособной осуществить эффективное определение системы, к которой относится обнаруженный пилот-сигнал. В результате подвижная станция может осуществить ошибочное обнаружение пилот-сигнала (то есть, указывать на обнаружение канала пилот-сигнала желательной системы в случае, когда фактически обнаружен канал пилот-сигнала нежелательной системы). При попытке войти в синхронизм с конкретной системой МДКР наличие обнаруженного пилот-сигнала из нежелательной системы может привести к переходу подвижной станции в следующее рабочее состояние, в результате чего она будет выполнять обработку канала синхронизации для получения сообщения канала синхронизации. Из сообщения канала синхронизации подвижная станция обнаружит, что было осуществлено вхождение в синхронизм с нежелательным сигналом с расширенным спектром, и возвратится в рабочее состояние вхождения в синхронизм с пилот-сигналом. Наличие многократно повторяемых операций ошибочного обнаружения пилот-сигнала и получения сообщения канала синхронизации может привести к увеличению продолжительности процесса вхождения в синхронизм, что, следовательно, ухудшает рабочие характеристики подвижной станции.
В одном из вариантов осуществления выбор ПШ последовательностей для систем связи с расширенным спектром, расположенных в одном и том же месте, осуществляют таким образом, чтобы они не обладали корреляцией с ПШ последовательностями других систем связи с расширенным спектром, работающих в этой географической области. Использование набора некоррелированных ПШ последовательностей уменьшает или сводит к минимуму количество случаев ошибочного обнаружения пилот-сигнала, что может обеспечить ускорение процесса вхождения в синхронизм.
Усовершенствование процесса вхождения в синхронизм может быть проиллюстрировано на примере, в котором в пределах конкретной зоны охвата работают две системы МДКР. В первом сценарии в обеих системах МДКР для расширения спектра данных пилот-сигнала и данных трафика используют один и тот же набор ПШ последовательностей (например, ПШ последовательностей согласно стандарту IS-95-A). В течение процесса вхождения в синхронизм подвижная станция использует тот же самый набор ПШ последовательностей, вычисляет значения энергии пилот-сигнала при различных сдвигах ПШ и определяет, было ли осуществлено вхождение в синхронизм с пилот-сигналом на основе вычисленных значений энергии пилот-сигнала. Подвижная станция не способна определить то, с какой из систем МДКР она вошла в синхронизм, или то, является ли система, с которой осуществлено вхождение в синхронизм, желательной системой, до тех пор, пока она не выполнит дополнительную обработку сигналов, например, не получит сообщение канала синхронизации. Понятно, что ошибочное обнаружение пилот-сигнала первой системы МДКР при попытке осуществлять вхождение в синхронизм с пилот-сигналом второй системы МДКР может привести к увеличению продолжительности процесса вхождения в синхронизм.
Во втором сценарии в каждой из систем МДКР используют различные наборы ПШ последовательностей, которые не обладают корреляцией с ПШ последовательностями других систем МДКР. В течение процесса вхождения в синхронизм подвижная станция осуществляет выбор набора ПШ последовательностей, соответствующих желательной системе МДКР. В том случае, если множество систем являются передающими, подвижная станция может осуществлять поиск только сигнала из желательной системы, поскольку пилот-сигналы других систем не обладают корреляцией с выбранным набором ПШ последовательностей и, по всей вероятности, не будут обнаружены. Это позволяет избежать ошибочного обнаружения пилот-сигналов из нежелательных систем.
В одном из вариантов осуществления выбор ПШ последовательностей для альтернативной системы МДКР осуществляют таким образом, чтобы они не обладали корреляцией с ПШ последовательностями для системы МДКР (например, соответствующей стандарту IS-95-A), которая расположена в этом же месте. В одном из вариантов осуществления выбор ПШ последовательностей для альтернативной системы МДКР осуществляют таким образом, чтобы они были обратными (во времени) по отношению к ПШ последовательностям, заданным согласно стандарту IS-95-A. Некоррелированные ПШ последовательности имеют длину 215 (то есть, длину, равную 32768 элементам ПШ кода), а их генерацию осуществляют исходя из приведенных ниже характеристических полиномов:
PI.2=х15+х10+х8+х7+x6+x2+1 и (3)
PQ.2=х15+х12+х11+х10+х9+х5+х4+х3+1. (4)
На Фиг.6Б показана блок-схема варианта осуществления генератора 600б ПШ, посредством которого осуществляют генерацию синфазной ПШ последовательности в соответствии с характеристическим полиномом, приведенным в уравнении (3). Генератор 600б ПШ содержит несколько блоков задержки 620а-620п, соединенных последовательно. Начальные значения параметров блоков 620 задержки задают посредством набора значений, полученного исходя из желательного сдвига ПШ. Выходные сигналы из блоков задержки 620в, 620ж, 620з, 620и и 620л подают в сумматоры 622а-622д по модулю 2 соответственно. В сумматоры 622а-622д также поступают выходные сигналы из блока задержки 620а и сумматоров 622а-622г. Каждый сумматор 622 выполняет суммирование двух входных сигналов по модулю 2 и выдает результирующее значение на свой выход. Выходной сигнал из сумматора 622д подают в блок 620п задержки.
Последовательность СПШ_2, получаемая из генератора 600б ПШ, имеет длину 215-1 (то есть, 32767 элементов) и почти обеспечивает наличие вышеописанных свойств "случайности". Всякий раз при обнаружении 14-ти последовательных нулей в последовательность СПШ_2 выполняют вставку дополнительного нуля (0). При наличии дополнительного нуля получаемая на выходе ПШ последовательность обладает вышеуказанными свойствами "случайности".
Поскольку последовательность СПШ_2, генерация которой осуществлена посредством генератора 600б ПШ, является обратной (во времени) по отношению к последовательности СПШ_1, генерация которой осуществлена посредством генератора 600а ПШ, то последовательность СПШ_2, так же, как и последовательность СПШ_1, обладает свойствами случайности, которые выдержали проверку временем, и может быть легко допущена к использованию в новой системе связи с расширенным спектром с минимальным риском для ее конструктивного исполнения.
В отдельном варианте осуществления генерацию ПШ последовательностей и их запоминание выполняют в запоминающем устройстве, находящемся в подвижной станции. Подвижная станция также содержит счетчик, обеспечивающий адресацию запоминающего устройства. Первый набор ПШ последовательностей может быть извлечен из запоминающего устройства функционированием счетчика в первом направлении (например, посредством отсчета в прямом направлении), а второй набор ПШ последовательностей может быть извлечен из запоминающего устройства функционированием счетчика во втором направлении (например, посредством отсчета в обратном направлении).
В том случае, если подвижная станция пытается войти в синхронизм с системой МДКР и не имеет никаких априорных сведений об имеющихся системах МДКР при их наличии, подвижная станция может осуществить выбор набора ПШ последовательностей, соответствующих конкретному предположению о том сигнале с расширенным спектром, с которым осуществляют вхождение в синхронизм. Например, подвижная станция может первоначально предположить, что принятым сигналом является сигнал, соответствующий стандарту IS-95-A, и осуществить выбор набора ПШ последовательностей, соответствующих этому предположению. В том случае, если процесс вхождения в синхронизм с использованием этого выбранного набора ПШ последовательностей является неудачным, подвижная станция может осуществить выбор другого набора ПШ последовательностей, соответствующих другому предположению (то есть, альтернативной системе МДКР). Процесс может продолжаться (или повторяться) до тех пор, пока не будет обнаружена желательная система или не будет обнаружено отсутствие каких-либо систем.
Вышеописанные блоки приемного устройства (и передающего устройства) могут быть реализованы различными способами. Эти блоки могут быть реализованы посредством одной или большего количества интегральных схем, специализированной интегральной схемы (СИС), процессора цифровой обработки сигналов (ПЦОС), контроллера, микропроцессора, иных схем и/или программ, предназначенных для выполнения описанных здесь функций, или посредством их совокупности. В некоторых вариантах осуществления запоминающее устройство, предназначенное для запоминания ПШ последовательностей, может быть реализовано посредством оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), динамического ОЗУ (ДОЗУ), флэш-памяти, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), программируемого ПЗУ (ППЗУ), электрически программируемого ПЗУ (ЭППЗУ), электрически стираемого ППЗУ (ЭСППЗУ) и посредством устройств памяти, выполненных по другим технологиям.
Описанное здесь изобретение может быть использовано во многих системах связи с расширенным спектром. Изобретение применимо как для ныне существующих систем МДКР, так и для непрерывно разрабатываемых новых систем. Конкретный вариант осуществления системы МДКР описан в вышеуказанной заявке на патент США №08/963386. Другая система МДКР раскрыта в вышеуказанных патентах США №4901307 и №5103459. Изобретение может обеспечить улучшение характеристик подвижной станции при синхронизации в системе связи с расширенным спектром.
Приведенное выше описание предпочтительных вариантов осуществления предоставляет возможность любому специалисту в данной области техники реализовать или использовать настоящее изобретение. Для специалистов в данной области техники очевидна возможность выполнения различных видоизменений этих вариантов осуществления изобретения, а изложенные здесь основополагающие принципы могут быть использованы в других вариантах осуществления без необходимости создания новых изобретений. Таким образом, подразумевают, что настоящее изобретение не ограничено продемонстрированными здесь вариантами осуществления, а имеет максимально широкий объем, соответствующий раскрытым принципам и новым признакам.
Изобретение относится к области беспроводной связи. Технический результат заключается в уменьшении среднего времени вхождения в синхронизм. Сущность изобретения заключается в том, что подвижная станция принимает попытку войти в синхронизм с пилот-сигналом путем обработки принятого сигнала посредством первого набора псевдослучайных шумовых последовательностей и в случае неудачной попытки вхождения в синхронизм осуществляют обработку принятого сигнала посредством второго набора псевдослучайных шумовых последовательностей, при этом генерация первого набора псевдослучайных шумовых последовательностей осуществляется в соответствии со стандартом IS-95-A, а второго набора псевдослучайных последовательностей может представлять собой последовательности, обратные первому набору. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.
задают первый набор ПШ последовательностей, который соответствует первому предположению о конкретном сигнале с расширенным спектром, с которым осуществляют вхождение в синхронизм;
осуществляют обработку принятого сигнала посредством заданного набора ПШ последовательностей для извлечения пилот-сигнала;
осуществляют вычисление количественного критерия для извлеченного пилот-сигнала;
определяют, частично на основании вычисленного количественного критерия, было ли осуществлено вхождение в синхронизм с пилот-сигналом;
и в том случае, если определено, что вхождение в синхронизм с пилот-сигналом не было осуществлено, то производят выбор второго набора ПШ последовательностей, соответствующих второму предположению о конкретном сигнале с расширенным спектром, с которым осуществляют вхождение в синхронизм, причем ПШ последовательности из второго набора являются некоррелированными по отношению к ПШ последовательностям из первого набора, и
повторяют этапы обработки, вычисления и определения.
осуществляют доступ к запоминающему устройству в первом направлении для извлечения ПШ последовательностей, соответствующих первому набору, и
осуществляют доступ к запоминающему устройству во втором направлении для извлечения ПШ последовательностей, соответствующих второму набору.
PI.1=х15+х13+х9+х8+х7+х5+1 и
PQ.1=x15+x12+x11+x10+x6+x5+x4+x3+1,
где Р - характеристический полином для последовательности скремблирования;
I обозначает синфазную последовательность;
Q обозначает квадратурную последовательность;
х представляет каскад генератора;
1, 2 - числовые индексы.
PI.2=x15+x10+x8+x7+x6+x2+1 и
PQ.2=x15+x12+x11+x10+x9+x5+x4+x3+1,
где Р - характеристический полином для последовательности скремблирования;
I обозначает синфазную последовательность;
Q обозначает квадратурную последовательность;
х представляет каскад генератора;
1, 2 - числовые индексы.
приемник, выполненный с возможностью приема и преобразования принятого сигнала для формирования преобразованного сигнала, причем принятый сигнал содержит конкретный сигнал с расширенным спектром;
демодулятор, соединенный с приемником, выполненный с возможностью демодуляции преобразованного сигнала для формирования сигналов базовой полосы частот;
устройство сжатия спектра, соединенное с демодулятором, выполненное с возможностью сжатия спектра сигналов базовой полосы частот с использованием первого набора ПШ последовательностей, для получения сигналов, сжатых по спектру;
ПШ генератор, соединенный с устройством сжатия спектра, выполненный с возможностью формирования первого набора ПШ последовательностей, причем выбор первого набора ПШ последовательностей производится из множества наборов ПШ последовательностей таким образом, что он соответствует первому предположению о конкретном сигнале с расширенным спектром, с которым осуществляется вхождение в синхронизм;
устройство обработки, соединенное с устройством сжатия спектра, выполненное с возможностью обработки сжатых сигналов для извлечения пилот-сигнала и вычисления количественного критерия для извлеченного пилот-сигнала, и
контроллер, соединенный с ПШ генератором и устройством обработки, выполненный с возможностью определения, частично на основании вычисленного количественного критерия, было ли осуществлено вхождение в синхронизм с пилот-сигналом, и в том случае, если определено, что вхождение в синхронизм с пилот-сигналом не было осуществлено, то подачи в ПШ генератор команды сформулировать второй набор ПШ последовательностей, соответствующий второму предположению о конкретном сигнале с расширенным спектром, с которым осуществляется вхождение в синхронизм, при этом ПШ последовательности из второго набора являются некоррелированными по отношению к ПШ последовательностям из первого набора.
PI.1=х15+х13+х9+х8+х7+х5+1 и
PQ.1=x15+x12+x11+x10+x6+x5+x4+x3+1,
где Р - характеристический полином для последовательности скремблирования;
I обозначает синфазную последовательность;
Q обозначает квадратурную последовательность;
х представляет каскад генератора;
1, 2 - числовые индексы.
PI.2=x15+x10+x8+x7+x6+x2+1 и
PQ.2=x15+x12+x11+x10+x9+x5+x4+x3+1,
где Р - характеристический полином для последовательности скремблирования;
I обозначает синфазную последовательность;
Q обозначает квадратурную последовательность;
х представляет каскад генератора;
1, 2 - числовые индексы.
| US 5805648 А, 08.09.1998 | |||
| US 5781543 А, 14.07.1998 | |||
| US 6018547, 25.01.2000 | |||
| ЕР 0790712 А3, 20.08.1997. |
