CN1116477A - 相关检测器和通信设备 - Google Patents

Abstract

这里提供一种相关检测器，能快速建立初始探测，并在用于CDMA通信的接收机中通过提取互相关分量实现高精确跟踪，同时还提供使用该相关检测器的通信系统。初始探测期间，接收信号21被提供给匹配滤波器43。当探测判定电路45判定区配滤波器检测该探测时，它控制开关电路42将接收信号21提供给乘法器47和48，并复位VCCG29和扩展码的复制发生器30。建立该探测后，接收的扩展码被准相关检测，已检测的扩展码与一个相位超前复制码和一个相位延迟复制码相乘。从积产生相关检测信号，并产生相关检测信号的平方分量，将相关检测信号反向相加，沿时间轴平均。平均信号被接收数据的判定信号反调制得到相位误差信号，判定信号是通过与接收的扩展信号同步的复制码乘接收的扩展信号和通过在多个码片对积进行积分的补偿接收的相位误差而得到的。复制发生器由一时钟信号驱动，该时钟的相位由相位误差信号控制。

Description

相关检测器和通信设备

本发明涉及CDMA(码分多址)系统中的无线接收机的相关检测器，该CDMA系统在移动通信中采用扩展频谱进行多址联接。

本发明特别涉及CDMA同步电路，用于同步扩展码，在CDMA通信的接收信号中将该接收信号去扩展成扩展码。

CDMA通信使用速度高于信息速度的扩展码，通过将信息扩展成宽带信号进行多址联接传播，并大致分为用高速扩展码扩展已调信号的直接序列(DS)系统，和跳频(FH)系统。FH系统将每个码元分解成更小的被称作码片(chips)的单元，并以高速将该码片翻译成具有不同中心频率的信号。由于FH系统难于实现，通常使用DS系统。DS系统通过在接收端去扩展接收的宽带输入信号，然后进行解调来恢复原始窄带信号。在去扩展过程中，要在包括在该接收信号中的扩展码和接收端产生一个扩展码之间进行相关检测。

为此，用于接收DS系统中的扩展信号的接收机通常被提供有一个在该接收信号中的PN序列(接收的PN序列)的复制的序列(replica)(参考PN序列)，并在参考PN序列和接收的PN序列之间建立同步。图1示出使用一个匹配滤波器的常规同步电路。一个带有抽头的存储电路11的输入端提供接收信号。存储电路11的抽头数量与一个扩展码间隔(即，一个处理增益PG)中码片的数量相同。存储电路11的抽头的输出由乘法器12与储存在一个抽头系数电路13中的参考扩展码相乘。积分器14将乘积结果求和，该和值从其输出端16输出并作为相关值15。

由于相关值的峰值与扩展码的峰值在同一间隔出现，使用匹配滤波器能够快速建立同步。然而，由于存储电路11的容量和乘法器12的数量随处理增益的增加成比例地增加，接收机的功率消耗将随扩展码的间隔增加。因此，常规的同步电路不适合于便携设备或移动设备。

图2示出滑动相关检测器，能节省功率并减小电路体积。图2中输入到输入端10的接收信号21在乘法器22中与一个扩展码相乘，以得到两者间的相关值，该扩展码由一个扩展码复制发生器30产生。乘积结果通过一带通滤波器(BPF)23，然后由平方律检波器24进行峰值功率检波。由一个积分和清洗(dump)电路25在一固定时间内(一般为±1码片间隔)对检波的功率进行积分。将积分结果与一阈值判定电路26产生的阈值进行比较，如果积分结果超过该阈值，则阀值判定电路26判定初始探测已经完成，并处理下一步(跟踪模式)。如果积分结果低于该阈值，则判定电路26向一个滑动复制码相位的压控时钟发生器(VCCG)29提供一个控制电压，以便扩展码复制发生器30产生的扩展码的相位被移动1/N码片间隔(N是等于或大于1的自然数)。重复该过程直到发现同步点则初始探测已经完成。

按照该方法，每当复制码移动1/N码片间隔都必须在一固定时间积分该扩展复制码，并通过比较积分结果检波扩展码间隔中的同步点。这将延长探测时间。因此，不适用于要求快速探测的系统。

此外，该常规相关检测器还呈现出另一个问题：它在维持(跟踪)同步过程中形成相当大的误差。

图3示出一个常规DLL(延迟锁定环)相关检测器44的方框图。图3中，与图2中相同的功能块用相同的数字表示。参考数字10表示扩展信号输入端，102表示判定数据输出端，111代表一个乘法器，510表示一个延迟电路。相关检测器44计算输入的已调信号和通过分别超前和延迟复制码的码片相位1/N形成的码序列之间的相关值。相关信号通过带通滤波器(BPFs)53和54除去不需要的高频分量。加法器57将平方的幅度分量反相相加，以便得到一个表示相差数量的误差信号电压。该误差信号电压通过一个环路滤波器58，并反馈到一个VCCG29以校正复制的码序列的相位。相位超前(或滞后)时间δ在0至Tc范围变动，其中Tc是码片间隔。

将CDMA系统应用于蜂窝状通信要求高精确的传输功率控制，以使基站接收的所有移动站发送的信号的电平保持不变。与FDMA系统或TDMA系统相比，用每频带用户的数量来表示，CDMA系统能增加容量。这是由于采用频率正交的常规系统不能在邻接的蜂窝中利用同一载波频率，即使是空间分集系统也不能在四个蜂窝中重复使用同一频率。

与此相比，由于其他通信设备的信号被认为是白噪声，CDMA系统能够在邻接的蜂窝中重复使用同一载波频率。因此，与FDMA系统或TDMA系统相比，以用户数量来表示，CDMA系统能增加容量。如果处理增益是pg，则完全相互正交的扩展码序列的数量是pg。当信息数据是通过使用仅一个码元间隔长度的码序列扩展时，码序列的这个数量是不够的。为克服这个问题，通过将一个很长间隔的长码序列叠加在一个码元间隔的短码序列上几乎可以无限地增加扩展码的数量。

不象M序列具有明显自相关特性，金色(Gold)序列的自相关和通过在金色序列上叠加很长的码序列所得到的序列的自相关，除在一个码元间隔中的正常相关峰值外，将具有不希望的很大幅度的峰值。其结果是，当接收的信号电平低时，在使用一个码片间隔锁定的常规延迟锁定环中可能会丢失锁定。让我们列出图3的延迟锁定环的操作原理的公式。首先，输入信号由下式表示。 $s\left(t\right)=\sqrt{2S}c(t-{\mathrm{\τ}}_t)m(t-{\mathrm{\τ}}_t)\cos [{\mathrm{\Δw}}_{0}t+\mathrm{\Δ\θ}\left(t\right)]---\left(1\right)$ 其中S是平均信号功率，c(t—τ_t)是接收的扩展码，内含传播延迟，m(t—τ_t)表示包括该传播延迟的数据调制，ω。是载波的角频率，θ(t)＝θ_o＋Ω_ot是一个未知的载波相位，被表示为一个常数项和一个与多谱勒频率成比例的项之和。n(t)的能谱密度是N_o/2_oω_o是一个调制信号的中心频率和一个本机振荡频率之间的角频率误差。另外，输入热噪声ni(t)的带通表达式由 $r_i\left(t\right)=\sqrt{2}\{N_c\left(t\right)\·\cos [{\mathrm{\Δ\ω}}_{0}t+\mathrm{\Δ\θ}\left(t\right)]-N_{s}t\·\sin [{\mathrm{\Δ\ω}}_{0}t+\mathrm{\Δ\θ}\left(t\right)\left]\right\}$

                                              (2)给出。其中假设N_C(t)和N_S(t)近似地和统计地独立而且不变。超前相位的扩展复制序列和延迟相位的扩展复制序列可以表示如下：

其中τ_t是由DLL在接收侧估算的传播延迟。相位检测器的互相关输出表示为 $\×\cos [{\mathrm{\Δ\ω}}_{0}t+\mathrm{\Δ\θ}\left(t\right)]+\sqrt{2S}{K}_{m}m(t-{\mathrm{\τ}}_t)$

其中K_m是假设在两个支路中相等的相位检测器的增益， 表示一组平均值。图4A—4B说明以接收的码片相位误差表示的自相关输出。这里，

是一个归一化的传播延迟误差。H(s)是带通滤波器的传递函数H(s)的低通表达式，和

(4)是一个PN序列的过程。平方律检波器的输出可以用R_PN±(X)表示如下，R_PN±(X)是一个通过将PN的自相关函数偏移+X时限得到的函数。

(5)其中

                                            (6)这里，H/(P)×(t)表示BPF对X(t)的输出响应。如果带宽BL比码片速率足够小，由环路上PN序列导致的自噪声效果在第一级近似中可忽略不计。忽略自噪声和由平方律检波导致的二次谐波，向环路滤波器的输入可以由下式表示：

其中D(ε_t)≡R² _PN－(ε_t)－R² _PN＋(ε_t)                   (7A)根据上述说明，扩展码复制发生器的输出的归一化延迟估算值使用e(t)由下面的等式表示：

其中F(s)是环路滤波器的传递函数，Kvcc是驱动PN序列发生器的VCCG中一个电压控制器的增益。设置K＝Km²，Kvcc，K表示环路增益。将等式(7)代入(8)，因此，估计误差εt表示为

将上面等式括号中的第一项分解成一个平均值项和已调制的自噪声项给出

其中＜＞是以时间表示的一个平均，和               (11)其中Sm(f)是数据调制的能谱密度。M₂项是滤波器的通带期间数据调制能谱密度的积分，并表示通带中的数据调制能量。由于该环路的带宽小小于数据码元速率，因此与等式(11)的第二项有关的自噪声可忽略不计。

从等式(10)得到下面的等式。 $\stackrel{.}{\mathrm{\ϵ}}=\frac{{\stackrel{.}{\mathrm{\τ}}}_t}{T_c}\mathrm{KF}\left(P\right)\mathrm{\η}{\mathrm{SM}}_2[D\left(t_t\right)+\frac{{\mathrm{\η}}_o\left(t_t\mathrm{\ϵ}\right)}{\mathrm{\η}{\mathrm{SM}}_2}]---\left(13\right)$ 其中字母上的点表示对时间的微分，η由下式给出。 $\mathrm{\η}\≡\frac{4(N-1)}{N}----\left(13A\right)$ 简单地说，由于噪声分量造成的平方跟踪抖动的平均值表示如下： ${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\ϵ}}^2={\mathrm{\ϵ}}_t^2=\frac{\mathrm{Ne}\left({\mathrm{\ϵ}}_t\right)B_L}{{\left(\mathrm{\η}{\mathrm{SM}}_2\right)}^2}---\left(14\right)$ 其中BL是LPF的等效噪声带宽，Ne(εt)表示为 $N_e\left({\mathrm{\ϵ}}_t\right)=4N_o^2{\∫}_{-\∞}^{\∞}|H_e\left(j2\mathrm{\πf}\right){|}^4\mathrm{df}+{4\mathrm{SN}}_{c}f\left({\mathrm{\ϵ}}_t\right){\∫}_{-\∞}^{\∞}\mathrm{sm}\left(f\right)|H_e\left(O2\mathrm{\πf}\right|\mathrm{df})$ (15)其中f(εt)表示一个平方律检波曲线。

由于常规的DLL使用等式(15)中所示平方律检波器，因此其噪声成分也被平方。这将增加如等式(14)中所示的跟踪抖动。

据此，本发明的一个目的是提供能高速同步的低能耗CDMA同步电路。本发明的另一个目的是提供一种不同于常规码跟踪电路，能进行高精确地跟踪的相关检测器，该相关检测器能消除由于平方律检波器使噪声成分突出而引起的平方损耗。

根据本发明的第一个方面，这里提供一个包括一个跟踪装置的同步设备，该设备使用接收信号和去扩展码之间的相关值维持该接收信号和该去扩展码之间的同步，该接收信号是CDMA扩展并由一接收机接收，去扩展码用于去扩展该接收信号，跟踪装置包括：

复制产生装置，用于产生一个相对于接收信号具有一超前相位的CDMA扩展码的相位超前复制码，和一个相对于接收信号具有一延迟相位的CDMA扩展码的相位延迟复制码；

第一乘法装置，用于将相位超前复制码与接收信号相乘；

第二乘法装置，用于将相位延迟复制码与接收信号相乘；

第一滤波器，用于从第一乘法装置的输出信号提取一表示相位超前复制码与该接收信号之间相关的第一相关检测信号；和

第二滤波器，用于从第二乘法装置的输出信号提取一表示相位延迟复制码与接收信号之间相关的第二相关检测信号。

该跟踪装置可以进一步包括补偿装置，用于根据由去扩展接收信号产生的去扩展码补偿该相关检测信号。

复制产生装置可以进一步包括用于产生一个其相位与接收信号同步的CDMA扩展码的复制码的装置，并且跟踪装置包括：

载波频率误差补偿装置，用于补偿与第一和第二相关检测信号有关的载波频率误差；

加法装置，用于将已经由载波频率误差补偿装置补偿的第一和第二相关检测信号反相求和：

平均装置，用于沿一时间轴平均该加法装置的输出信号；

乘法装置，用与接收信号同步的复制码乘该接收信号；

积分装置，用于在M个码片间隔期间积分乘法装置的输出信号；

自动频率控制装置，用于对来自积分装置的输出信号的载波频率误差进行检测，并补偿该载波频率误差；

判定装置，用于通过在积分装置的输出信号上对接收的相位误差进行补偿，输出接收数据的判定信号；

反调制装置(inverse modulation means)，用于由判定信号反调制平均装置的输出信号；

时钟发生装置，用于输出一个时钟信号，其相位由反调制装置输出的一个相位误差信号控制；

其中，复制产生装置根据时钟发生装置产生的时钟信号产生复制码。

该同步设备可以进一步包括：

初始探测装置(initial acguisition means)包括抽头存储装置，用于存储至少一个扩展码间隔长的接收信号；用于存储去扩展码的抽头系数装置；第四乘法装置，用于将抽头系数装置中所存储的去扩展码的存储模式乘抽头存储装置中存储的各个码片；以及用于将第四乘法装置的输出相加的第二加法装置；和

开关装置，用于当接收信号与去扩展码之间的相差大于一预定值时，将接收信号提供给初始探测装置，并当该相差小于一预定值时，将接收信号提供给跟踪装置。

根据本发明的第二个方面，这里提供一种包括一个跟踪装置的CDMA通信设备，该设备使用接收信号与去扩展码之间的相关值维持该接收信号和该去扩展码之间的同步，该接收信号是CDMA扩展并由一接收机接收，去扩展码用于去扩展接收的信号，跟踪装置包括：

复制产生装置，用于产生一个相对于接收信号具有一超前相位的CDMA扩展码的相位超前的复制码，和一个相对于接收信号具有一延迟相位的CDMA扩展码的相位延迟的复制码；

第一乘法装置，用于将相位超前复制码与接收信号相乘；

第二乘法装置，用于将相位延迟复制码与接收信号相乘；

第一滤波器，用于从第一乘法装置的输出信号提取一表示相位超前复制码与该接收信号之间相关的相关检测信号；和

第二滤波器，用于从第二乘法装置的输出信号提取一表示相位延迟复制码与该接收信号之间相关的相关检测信号。

该跟踪装置可以进一步包括补偿装置，用于根据由去扩展接收信号产生的去扩展码补偿该相关检测信号。

复制产生装置可以进一步包括用于产生一个其相位与接收信号同步的CDMA扩展码的复制码的装置，跟踪装置包括：

第三乘法装置，用于接收信号同步的复制码乘该接收信号；

积分装置，用于在M个码片间隔期间积分第三乘法装置的输出信号；

自动频率控制装置，用于对来自积分装置的输出信号的载波频率误差进行检测，并补偿该载波频率误差；

载波频率误差补偿装置，用于补偿与第一和第二相关检测信号的输出有关的载波频率误差；

加法装置，用于将已经由载波频率误差补偿装置补偿的第一滤波器的输出和第二滤波器的输出反相求和；

平均装置，用于沿一时间轴平均该加法装置的输出信号；

判定装置，用于通过在积分装置的输出信号上对接收的相位误差进行补偿，输出接收数据的判定信号；

反调制装置，用于由判定的信号反调制平均装置的输出信号；

时钟发生装置，用于输出一时钟信号，其相位由反调制装置输出的一个相位误差信号控制；

其中，复制产生装置由时钟发生装置产生的时钟信号驱动。

该CDMA通信设备可以进一步包括：

包括抽头存储装置的初始探测装置，用于存储至少一个扩展码间隔长的接收信号；用于存储去扩展码的抽头系数装置；第四乘法装置，用于将抽头系数装置中存储的去扩展码的存储模式乘抽头存储装置中存储的各个码片；以及用于将第四乘法装置的输出相加的第二加法装置；和

开关装置，用于当接收信号与去扩展码之间的相差大于一预定值时，将接收信号提供给初始探测装置，并当该相差小于一预定值时，将接收信号提供给跟踪装置。

根据本发明的第三个方面，这里提供一种包括一个跟踪步骤的同步方法，使用接收信号和去扩展码之间的相关值维持该接收信号和该去扩展码之间的同步，该接收信号是CDMA扩展并由一接收机接收，去扩展码用于去扩展接收的信号，跟踪步骤包括步骤：

产生一个相对于接收信号具有一超前相位的CDMA扩展码的相位超前的复制码，和一个相对于接收信号具有一延迟相位的CDMA扩展码的相位延迟的复制码；

将相位超前复制码与该接收信号相乘；

将相位延迟复制码与该接收信号相乘；

从乘积中提取一表示复制码和该接收信号之间相关的相关检测信号。

该跟踪步骤可以进一步包括根据由去扩展接收信号产生的去扩展码补偿该相关检测信号的步骤。

该同步方法可以进一步包括产生一个其相位与接收信号同步的CDMA扩展码的复制码的步骤，跟踪步骤包括：

补偿与两个相关检测信号有关的载波频率误差；

将载波频率误差被补偿的两个相关检测信号反相相加；

沿一时间轴平均相加结果；

用与接收信号同步的复制码乘该接收信号；

在M个码片间隔期间积分该乘积；

检测来自积分信号的载波频率误差，并补偿该载波频率误差；

通过在积分信号上对接收的相位误差进行补偿，输出接收数据的判定信号；

由判定信号反调制平均的相加结果，从而产生一个相位误差信号；和

产生一个其相位由相位误差信号控制的时钟信号；

其中，复制码是根据该时钟信号产生的。

该同步方法可以进一步包括：

一个初始探测步骤，存储去扩展的码，存储至少一个扩展码间隔长的接收信号，用去扩展码的各个模式乘接收信号的各个码片，并将该乘积相加；和

开关步骤，当接收信号与去扩展码之间的相差大于一预定值时，在初始探测步骤中进行接收信号的初始探测，和当该相差小于一预定值时，在跟踪步骤中跟踪该接收信号。

根据本发明的第四个方面，这里提供一种包括接收机的CDMA通信系统，每个接收机装配一个跟踪装置，用于使用接收信号与去扩展码之间的相关维持该接收信号和该去扩展码之间的同步，该接收信号是CDMA扩展并由该接收机接收，去扩展码用于去扩展接收的信号，跟踪装置包括：

复制产生装置，用于产生一个相对于接收信号具有一超前相位的CDMA扩展码的相位超前的复制码，和一个相对于接收信号具有一延迟相位的CDMA扩展码的相位延迟的复制码；

第一乘法装置，用于将相位超前复制码与接收信号相乘；

第二乘法装置，用于将相位延迟复制码与接收信号相乘；

第一滤波器，用于从第一乘法装置的输出信号提取一表示相位超前复制码与该接收信号之间相关的相关检测信号；和

第二滤波器，用于从第二乘法装置的输出信号提取一表示相位延迟复制码与该接收信号之间相关的相关检测信号。

该跟踪装置可以进一步包括补偿装置，用于根据由去扩展接收信号产生的去扩展码补偿该相关检测信号。

复制产生装置可以进一步包括用于产生一个其相位与接收信号同步的CDMA扩展码的复制码的装置，跟踪装置包括：

第三乘法装置，用与接收信号同步的复制码乘该接收信号；

积分装置，用于在M个码片间隔期间积分第三乘法装置的输出信号；

自动频率控制装置，用于检测来自积分装置的输出信号的载波频率误差，并补偿该载波频率误差；

载波频率误差补偿装置，用于补偿与第一和第二相关检测信号的输出有关的载波频率误差；

加法装置，用于将已经由载波频率误差补偿装置补偿的第一滤波器的输出和第二滤波器的输出反相求和；

平均装置，用于沿一时间轴平均该加法装置的输出信号；

判定装置，用于通过在积分装置的输出信号上对接收的相位误差进行补偿，输出接收数据的判定信号；

反调制装置，用于由判定的信号反调制平均装置的输出信号；

时钟发生装置，用于输出一时钟信号，其相位由反调制装置输出的一个相位误差信号控制；

其中，复制产生装置由时钟发生装置产生的时钟信号驱动。

该CDMA通信设备可以进一步包括：

初始探测装置，内含抽头存储装置，用于存储至少一个扩展码间隔长的接收信号；抽头系数装置，用于存储去扩展码；第四乘法装置，用于将抽头系数装置中存储的去扩展码的存储模式乘抽头存储装置中存储的各个码片，以及用于将第四乘法装置的输出相加的第二加法装置；和

开关装置，用于当接收信号和去扩展码之间的相差大于一预定值时，将接收信号提供给初始探测装置，并当该相差小于一预定值时，将接收信号提供给跟踪装置。

根据本发明的同步电路，具有使用一个匹配滤波器进行相关检测的初始探测电路，用于进行相关检测的滑动相关检测器，和用于有选择地将接收信号提供给该初始探测电路和该相关检测器的开关电路。在初始探测相位期间，该开关电路将接收信号提供给初始探测电路，一旦初始探测已经建立，则提供给相关检测器。

此外，根据本发明的相关检测器中，通过使用表示由该接收机接收的扩展信号和由该接收机产生的CDMA扩展码的复制码之间的相位差的相关信号保持接收信号和复制码之间的同步，跟踪装置根据去扩展信号补偿该相关信号。这样能使该相关检测器实现准确跟踪。

图1示出一个同步电路或一个常规匹配滤波器的一个初始探测电路的方框图；

图2示出一个常规滑动相关器的方框图；

图3示出一个常规的DLL的方框图；

图4A—4C是说明用接收信号的相位误差表示的互相关输出信号的曲线图；

图5示出根据本发明的相关检测器的第一实施例的一种基本装置的方框图；

图6示出根据本发明的相关检测器的第一实施例的另一种基本装置的方框图；

图7示出根据本发明的该相关检测器硬件的详细方框图；

图8示出根据本发明的相关检测器的另一个实施例的方框图。

现在将参考附图描述实现本发明的最佳方式。

实施例1：

图5示出本发明的一个实施例。加到输入端10的接收信号21通过一个开关电路42被有选择地提供给一个包括一匹配滤波器的初始探测电路43或提供给一个相关检测器44。该初始探测电路43有与图1的初始探测电路相似的设置。相关检测器44具有与图2和3的相关检测器相似的功能。当初始探测还未完成时，根据来自探测判定电路45的一个开关信号46，将该接收信号提供给初始探测电路(匹配滤波器)43，以便进行相关检测。将由匹配滤波器43检测的相关值与探测判定电路45中的一个阈值进行比较。如果相关值大于或等于该阈值，探测判定电路45判定初始探测已经完成，并用开关信号46改变开关电路42。于是，将接收信号输入到相关检测器44中的乘法器47和48。探测判定电路45向VCCG29和扩展码的复制发生器30提供一个初始复位信号49。

初始探测后的接收信号通过乘法器47和48与扩展码51和52相乘，该扩展码是由扩展码的复制发生器30产生的，并具有向前和向后移动了时限为数值T(小于一个码片间隔)的相位。两个积通过带通滤波器(BPF)53和54，并由平方律检波器55和56平方律检波，相关值在其中被检波。该相关值由加法器57反相相加。其和通过一个环路滤波器58，变成VCCG29的控制电压。由VCCG29产生的时钟信号调整扩展码的复制发生器30的相位，跟踪同步点，并维持同步。

图6说明一个例子，其中扩展码的复制发生器30I与积分检波器62的输出同步，积分检波器62对加到输入端10的接收信号21检波。在该图中，图5中相对应的部分用相同的参考数字表示。后缀I和Q附加在图5中相同的数字后，以表示积分检波器62的两个已检波输出I和Q的处理电路。已检波的输出I和Q通过低通滤波器63和64，由A/D转换器65和66转换成数字信号，并提供给开关电路42I和42Q。初始探测器43I和43Q的输出被平方律检波器71和72平方律检波，由一个加法器73相加，并提供给判定初始探测是否被建立的探测判定电路45。

相关检测器44中的扩展码的复制发生器30I产生一个具有超前相位的超前扩展码51I和一个具有延迟相位的延迟扩展码52I。同样，扩展码的复制发生器30Q产生一个具有超前相位的超前扩展码51Q和一个具有延迟相位的延迟扩展码52Q。从开关电路42I输出的经检波的输出分量I通过乘法器47I和48I与超前扩展码51I和延迟扩展码52I相乘。同样，从开关电路42Q输出的经检波的输出分量Q通过乘法器47Q和48Q与超前扩展码51Q和延迟扩展码52Q相乘。

经检波的带有超前扩展码51I和51Q的相关值从乘法器47I和47Q输出，通过带通滤波器(BPFs)53I和53Q，由平方律检波器55I和55Q平方律检波，并由一个加法器67相加。类似地，经检波的带有延迟扩展码52I和52Q的相关值从乘法器48I和48Q输出，通过带通滤波器(BPFs)54I和54Q，由平方律检波器56I和56Q平方律检波，并由一个加法器68相加。加法器67和68的输出由加法器57反相相加。这些操作与图5中的相似。

根据该第一实施例，同步过程分为初始探测过程，和使用相关检测器的跟踪过程。由于PN序列的自相关仅建立在±一个码片的范围内，初始探测期间，获得输入PN序列，以使输入PN序列和参考PN序列之间的相差稳定在足够小于±一个码片间隔的范围内。跟踪将输入PN序列和参考PN序列之间的差值保持在该范围内。

实施例2：

图7是相关检测器第二实施例的方框图。图7中，相同的功能块用与图1—6中相同的参考数字表示。如图7中所示，使用本机振荡器103产生的本机信号，由一个检测器104对加到输入端10的信号进行准相关检测。本机信号具有的固定频率与已调信号的中心频率大致相等。该相关检测器包括乘法器47和48，用于检测接收的扩展码和该扩展码的复制码之间的相关；带通滤波器83和84，用于从积中只提取相关检测信号；一个载波频率误差补偿器208，用已由一自动频率控制电路检测的载波频率误差信号补偿已滤波的输出信号；一个加法器57，用于将与超前相位复制码有关的相关检测信号和与延迟相位复制码有关的相关检测信号反相相加；一个环路滤波器58，用于平均相关检测的相位误差；一个乘法器111，用与包括在接收信号中的扩展码同相的复制码进行相关检测；一个积分和清洗电路112，用于在M个码片间隔内积分乘法器111的输出信号；一个自动频率控制电路213，用于检测来自积分速放电路输出信号的载波频率误差以补偿该载波频率误差；一个解调器113，用于在对通过相关检测得到信号的接收相位误差进行补偿之后，对所接收数据做出判定；一个乘法器114，使用环路滤波器输出的相位误差信号对已判定数据进行反调制；一个电压控制时钟发生器29，用于通过乘法器114输出的相位误差信号控制该时钟相位；和用该电压控制时钟发生器29输出的时钟信号驱动的扩展码的复制发生器30。

由与已调制信号的中心频率大致相等的固定振荡频率下转换的已调制信号被除去谐波分量，并与已调制信号中的扩展码同相的该扩展码的复制码相乘，随后进行一预定长度的时间积分。于是，相关峰值被检测。该相关检测信号由进行相关检测或延迟检测的解调电路判定。另一方面，该已调信号与相对于已调信号中的该扩展码具有超前相位δ的扩展码的复制码相乘，并且还与具有延迟相位δ的扩展码的复制码相乘，因此除去了谐波分量。

与超前相位的扩展码的复制码有关的相关和与延迟相位的扩展码的复制码有关的相关之间的误差信号被加法器57反相相加，其输出由环路滤波器58积分和平均。这样产生了一个相当于接收信号中的扩展码和该扩展码的复制码之间相位误差的误差电压。通过解调器输出的判定数据乘该误差电压的反调制除去已调制信号造成的相位误差信号中的误差。为了匹配相位误差检测环路和数据检测环路的处理的绝对时间，在相位误差检测环路之后插入一个延迟。

在该常规DLL中，一个去扩展信号包括一个相位误差信号分量，该分量是接收信号的中心频率和正交检波器的本机振荡器的频率之间的误差分量。该去扩展信号还包括数据调制分量和一载波信号分量的残留分量。为消除该载波频率残余分量和该数据调制分量，该去扩展信号可以被一个平方律检波器平方。然而，由于噪声也被平方，这将增加噪声分量，而且该噪声分量将被加到码片相位误差中，从而增加相位抖动。

因此，必须避免平方律检波器以防止噪声分量增加。鉴此，本实施例用AFC从去扩展信号消除载波频率残余分量，并通过对已解调和检波信号进行反调制使之变成去扩展信号来除去数据调制分量。

由于该准相关的检测信号包括一个载波残余信号，该检测信号涉及相位旋转。因此，必须除去该载波残余信号。这是由自动频率控制电路213从数据判定环路中的相关峰值检测载波信号的残余分量，并用相反相位方向的载波残余信号校正码片相位误差检测环路的两个相关检测信号来实现的。

图8是表示第二实施例中描述的相关检测器详细硬件的方框图。该图中，与图7中相同的元件用同一参考数字表示。图8中，参考数字304表示一个90度移相器，65和66表示A/D转换器，308和309表示复数乘法器，313表示一个延迟电路，314表示一个复数乘法器，317表示一个判定电路。参考数字410表示一个载波频率误差补偿电路，416表示一个自动频率控制电路。

在该相关检测器中，接收的IF已调信号被积分检波器正交检波。经正交检波的I和Q信道信号被除去谐波分量，并且由A/D转换器65和66转换成数字值，随后对I(同相In—phase)和Q(正交Quadrature)分量施加复数信号处理，进行相关检测。该相关检测是通过该扩展码的复制码的I和Q分量乘调制扩展信号的复数乘法实现的。如果初级已调信号的同相和正交分量被相同的扩展码扩展，则该扩展码的两个复制码相同。

现在将描述当初级调制是OPSK，而次级调制是BPSK时的操作。被调制的数据由被独立地设定为I和Q信道(QPSK调制)的二进制数据独立地进行初级调制。该I和Q信道数据被相同的扩展码扩展(次极调制)。输入到接收机的输入信号由下面的等式表示。 $s\left(t\right)=\sqrt{S}c(t-{\mathrm{\τ}}_t)$ ：＜{m₁(t－τ_t)sin[Δω_ot＋Δθ(t)]＋m₂(t－τ_t)Cos[Δω_ot＋Δθ(t)]}(16)如果应用一种常规的计算方法，接收机中扩展码的复制码乘等式(3)的输入信号之后的信号将表示如下。ε±(t)＝

＋m₂(t－τ_t)cos[Δω_ot＋Δθ(t)]}×{n₁(t－τ_t)sin[Δω_ot＋Δθ(t)]＋m₂(t－τ_t)cos[Δω_ot＋Δθ(t)]}

                                           (17)环路滤波器输出的码片相位误差信号由下面的等式表示。

如等式(18)所示，由于在初级QPSK调制中相位误差信号与单独码元分量的正调信号功率相乘，所以判定之后，通过反调制该数据的I和Q分量成为相位误差信号可以除去初级调制信号分量。

如上面的详细描述，根据本发明，在要求高速同步的探测相位期间，相关检测是在使用一匹配滤波器的初始探测电路中进行的，而在要求节省功率而不是高速同步的跟踪相位期间，该相关检测是由滑动相关检测器进行的。由于跟踪期间初始探测电路的功率消耗可忽略不计，这能使其达到高速探测并在跟踪期间能节省功率。

此外，根据本发明，由于接收的码片相位的跟踪环路除去了包括在复制码信号的相位误差信号中的初级调制信号分量，所以能够提取只依赖于互相关的分量。这使高精确跟踪成为可能。

Claims (16)

1.一种同步设备，内含一个跟踪装置，该设备使用接收信号和去扩展码之间的相关值维持该接收信号和该去扩展码之间的同步，该接收信号是CDMA扩展并由一接收机接收，去扩展码用于去扩展该接收信号，其特征在于，所述跟踪装置包括：

复制产生装置，用于产生一个相对于所述接收信号具有一超前相位的CDMA扩展码的相位超前复制码，和一个相对于所述接收信号具有一延迟相位的CDMA扩展码的相位延迟复制码；

第一乘法装置，用于将所述相位超前复制码与所述接收信号相乘；

第二乘法装置，用于将所述相位延迟复制码与所述接收信号相乘；

第一滤波器，用于从所述第一乘法装置的输出信号提取一表示所述相位超前复制码和所述接收信号之间相关的第一相关检测信号；和

第二滤波器，用于从所述第二乘法装置的输出信号提取一表示所述相位延迟复制码与所述接收信号之间相关的第二相关检测信号。

2.根据权利要求1所述的同步设备，其特征在于，所述跟踪装置进一步包括：

补偿装置，用于根据由去扩展所述接收信号产生的去扩展码补偿所述相关检测信号。

3.根据权利要求1所述的同步设备，其特征在于所述复制码产生装置进一步包括，用于产生一个其相位与所述接收信号同步的CDMA扩展码的复制码的装置，所述跟踪装置包括：

载波频率误差补偿装置，用于补偿与所述第一和第二相关检测信号有关的载波频率误差；

加法装置，用于将已经由所述载波频率误差补偿装置补偿的所述第一和第二相关检测信号反相相加；

平均装置，用于沿一时间轴平均所述加法装置的输出信号；

乘法装置，用与所述接收信号同步的所述复制码乘所述接收信号；

积分装置，用于在M个码片间隔期间积分所述乘法装置的输出信号；

自动频率控制装置，用于检测来自所述积分装置的输出信号的所述载波频率误差，并补偿所述载波频率误差；

判定装置，用于通过在所述积分装置的输出信号上对接收的相位误差进行补偿，输出接收数据的判定信号；

反调制装置，用于由所述判定信号反调制所述平均装置的输出信号；

时钟发生装置，用于输出一个时钟信号，其相位由所述反调制装置输出的一相位误差信号控制；

其中，所述复制产生装置根据所述时钟发生装置产生的所述时钟信号产生所述复制码。

4.根据权利要求1—3中任何一项所述的同步设备，其特征在于，进一步包括：

包括抽头存储装置的初始探测装置，用于存储至少一个扩展码间隔长的所述接收信号；用于存储所述去扩展码的抽头系数装置；第四乘法装置，用于将所述抽头系数装置中所存储的所述去扩展码的存储模式乘所述抽头存储装置中存储的各个码片；以及用于将所述第四乘法装置的输出相加的第二加法装置；和

开关装置，用于当所述接收信号和所述去扩展码之间的相差大于一预定值时，将所述接收信号提供给所述初始探测装置，并当所述相差小于所述预定值时，将所述接收信号提供给所述跟踪装置。

5.一种CDMA通信设备，内含一个跟踪装置，该设备使用接收信号和去扩展码之间的相关值维持该接收信号和该去扩展码之间的同步，该接收信号是CDMA扩展并由一接收机接收，去扩展码用于去扩展接收的信号，其特征在于，所述跟踪装置包括：

复制产生装置，用于产生一个相对于所述接收信号具有一超前相位的CDMA扩展码的相位超前的复制码，和一个相对于所述接收信号具有一延迟相位的CDMA扩展码的相位延迟的复制码；

第一乘法装置，用于将所述相位超前复制码与所述接收信号相乘；

第二乘法装置，用于将所述相位延迟复制码与所述接收信号相乘；

第一滤波器，用于从所述第一乘法装置的输出信号提取一表示所述相位超前复制码与所述接收信号之间相关的相关检测信号；和

第二滤波器，用于从所述第二乘法装置的输出信号提取一表示所述相位延迟复制码与所述接收信号之间相关的相关检测信号。

6.据权利要求5所述的CDMA通信设备，其特征在于，所述跟踪装置进一步包括补偿装置，用于根据由去扩展所述接收信号产生的去扩展码补偿所述相关检测信号。

7.根据权利要求5所述的CDMA通信设备，其特征在于，所述复制产生装置进一步包括，用于产生一个其相位与所述接收信号同步的CDMA扩展码的复制码的装置，所述跟踪装置包括：

第三乘法装置，用于与所述接收信号同步的所述复制码乘所述接收信号；

积分装置，用于在M个码片间隔期间积分所述第三乘法装置的输出信号；

自动频率控制装置，用于检测来自所述积分装置的输出信号的载波频率误差，并补偿所述载波频率误差；

载波频率误差补偿装置，用于补偿与所述第一和第二相关检测信号的输出有关的所述载波频率误差；

加法装置，用于将已经由所述载波频率误差补偿装置补偿的所述第一滤波器的输出和所述第二滤波器的输出反相相加；

平均装置，用于沿一时间轴平均所述加法装置的输出信号；

判定装置，用于通过在所述积分装置的输出信号上对接收的相位误差进行补偿，输出接收数据的判定信号；

反调制装置，用于由所述判定的信号反调制所述平均装置的输出信号；

时钟发生装置，用于输出一时钟信号，其相位由所述反调制装置输出的一个相位误差信号控制；

其中，所述复制产生装置由所述时钟发生装置产生的所述时钟信号驱动。

8.根据权利要求5—7中任何一种CDMA通信设备，其特征在于进一步包括：

包括抽头存储装置的初始探测装置，用于存储至少一个扩展码间隔长的所述接收信号；用于存储所述去扩展码的抽头系数装置；第四乘法装置，用于将所述抽头系数装置中存储的所述去扩展码的存储模式乘所述抽头存储装置中存储的各个码片；以及用于将所述第四乘法装置的输出相加的第二加法装置；和

开关装置，用于当所述接收信号和所述去扩展码之间的相差大于一预定值时，将所述接收信号提供给所述初始探测装置，并当所述相差小于所述预定值时，将所述接收信号提供给所述跟踪装置。

9.一种同步方法，包括一个跟踪步骤，使用接收信号和去扩展码之间的相关值维持该接收信号和该去扩展码之间的同步，该接收信号是CDMA扩展并由一接收机接收，去扩展码用于去扩展接收的信号，其特征在于，所述跟踪步骤包括步骤：

产生一个相对于所述接收信号具有一超前相位的CDMA扩展码的相位超前的复制码，和一个相对于所述接收信号具有一延迟相位的CDMA扩展码的相位延迟的复制码；

将所述相位超前复制码与所述接收信号相乘；

将所述相位延迟复制码与所述接收信号相乘；

从乘积中提取一表示所述复制码与所述接收信号之间相关的相关检测信号。

10.根据权利要求9所述的同步方法，其特征在于，所述跟踪步骤进一步包括，根据由去扩展所述接收信号产生的去扩展码补偿所述相关检测信号的步骤。

11.根据权利要求9所述的同步方法，其特征在于，进一步包括产生一个其相位与所述接收信号同步的CDMA扩展码的复制码的步骤，所述跟踪步骤包括：

补偿与所述两个相关检测信号有关的载波频率误差；

将载波频率误差被补偿的所述两个相关检测信号反相相加；

沿一时间轴平均相加结果；

用与所述接收信号同步的所述复制码乘所述接收信号；

在M个码片间隔期间积分该乘积；

检测来自积分信号的所述载波频率误差，并补偿所述载波频率误差；

通过在积分信号上对接收的相位误差进行补偿，输出接收数据的判定信号；

由所述判定信号反调制平均的相加结果，从而产生一个相位误差信号；和

产生一个其相位由所述相位误差信号控制的时钟信号；

其中，所述复制码是根据所述时钟信号产生的。

12.根据权利要求9—11中任何一项所述的同步方法，其特征在于，进一步包括：

一个初始探测步骤，存储所述去扩展的码，存储至少一个扩展码间隔长的所述接收信号，用所述去扩展码的各个模式乘所述接收信号的各个码片，并将该乘积相加；和

开关步骤，当所述接收信号和所述去扩展码之间的相差大于一预定值时，在所述初始探测步骤中进行所述接收信号的初始探测，并当所述相差小于所述预定值时，在所述跟踪步骤中跟踪所述接收信号。

13.一种包括接收机的CDMA通信系统，每个接收机装配一个跟踪装置，用于使用接收信号和去扩展码之间的相关维持该接收信号和该去扩展码之间的同步，该接收信号是CDMA扩展并由该接收机接收，去扩展码用于去扩展接收的信号，其特征在于，所述跟踪装置包括：

复制产生装置，用于产生一个相对于所述接收信号具有一超前相位的CDMA扩展码的相位超前的复制码，和一个相对于所述接收信号具有一延迟相位的CDMA扩展码的相位延迟的复制码；

第一乘法装置，用于将所述相位超前复制码与所述接收信号相乘；

第二乘法装置，用于将所述相位延迟复制码与所述接收信号相乘；

第一滤波器，用于从所述第一乘法装置的输出信号提取一表示所述相位超前复制码与所述接收信号之间相关的相关检测信号；和

第二滤波器，用于从所述第二乘法装置的输出信号提取一表示所述相位延迟复制码与所述接收信号之间相关的相关检测信号。

14.根据权利要求13所述的CDMA通信系统，其特征在于，所述跟踪装置进一步包括补偿装置，用于根据由去扩展所述接收信号产生的去扩展码补偿所述相关检测信号。

15.根据权利要求13所述的CDMA通信系统，其特征在于，所述复制产生装置可以进一步包括，用于产生一个其相位与所述接收信号同步的CDMA扩展码的复制码的装置，所述跟踪装置包括：

第三乘法装置，用与所述接收信号同步的所述复制码乘所述接收信号；

积分装置，用于在M个码片间隔期间积分所述第三乘法装置的输出信号；

自动频率控制装置，用于检测来自所述积分装置的输出信号的载波频率误差，并补偿所述载波频率误差；

载波频率误差补偿装置，用于补偿与所述第一和第二相关检测信号的输出有关的所述载波频率误差；

加法装置，用于将已经由所述载波频率误差补偿装置补偿的所述第一滤波器的所述输出和所述第二滤波器的所述输出反相相加；

平均装置，用于沿一时间轴平均所述加法装置的输出信号；

判定装置，用于通过在所述积分装置的输出信号上对接收的相位误差进行补偿，输出接收数据的判定信号；

反调制装置，用于由所述判定的信号反调制所述平均装置的输出信号；

时钟发生装置，用于输出一时钟信号，其相位由所述反调制装置输出的一个相位误差信号控制；

其中，所述复制产生装置由所述时钟发生装置产生的所述时钟信号驱动。

16.根据权利要求13—15中任何一项所述的CDMA通信系统，其特征在于，进一步包括：

包括抽头存储装置的初始探测装置，用于存储至少一个扩展码间隔长的所述接收信号；用于存储所述去扩展码的抽头系数装置；第四乘法装置，用于将所述抽头系数装置中存储的所述去扩展码的存储模式乘所述抽头存储装置中存储的各个码片；以及用于将所述第四乘法装置的输出相加的第二加法装置；和

开关装置，用于当所述接收信号和所述去扩展码之间的相差大于一预定值时，将所述接收信号提供给所述初始探测装置，并当所述相差小于所述预定值时，将所述接收信号提供给所述跟踪装置。

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