扩展频谱无线通信接收机的相位校正方法及装置 本专利申请要求基于在1997年1月10日申请的日本专利申请第HE19-13164号的公约优先权，将其内容通过引用包括在此。
本发明涉及用于扩展频谱无线通信接收机的相位校正方法及装置。
在诸如移动无线系统和无线局域网的无线电通信系统中，由于从基站发射的信号通过具有不同路径长度的多条传播路径到达接收机，而且接收到的信号非相干地相加，因而产生了所谓的多路径衰落。运用直接扩展频谱信号的RAKE接收系统被认为是对于这种多路径衰落的有效对抗措施。
图1示出在采用RAKE接收系统的情况下传输数据的帧结构的例子。在该例子中，在每帧中交替排列导频码元块P1、P2、...Pn+1(总称为P)和信息码元块I1、I2、...In(总称为I)。将每个导频码元块P1、P2、...Pn+1的长度设为L个码元，而且发射一已知地码元序列。此外，在每个信息块I1、I2、...In中包括规定数量(例如，36个码元)的信息码元。
图2是无线电通信系统的移动台61的关键部件。在该图中，为了简化说明除去传输单元。由接收天线11接收扩展频谱信号，在高频接收机12中把它转换成中频信号，在分配器13中分成两个信号，并提供给乘法器16和17。振荡器14生成具有中频的信号(cosωt)。直接向乘法器16提供振荡器14的输出，并把该输出通过相移电路15(它移相π/2)输入到乘法器17。
乘法器16把从分配器13接收到的中频信号与振荡器14的振荡输出相乘，并通过低通滤波器62输出包括同相分量(I分量)的基带信号Ri。乘法器17把来自分配器13的中频信号与相移电路15的输出(sinωt)相乘，而且类似地通过低通滤波器64输出包括正交分量(Q分量)的基带信号Rq。用这种方法，对接收到的信号作正交检波。
把基带信号Ri和Rq输入到复合型匹配滤波器18，用PN码序列发生成电路19生的PN码序列与它们相乘，而且去扩展。从匹配电路18发出去扩展输出的同相分量Si和去扩展输出的正交分量Sq，并把它们输入到延迟检测电路20、信号电平检测器22、和相位校正装置24。
延迟检测电路20检测去扩展输出Si、Sq的延迟，并把检测得的延迟输出到帧同步电路21(其中，检测每帧的定时)。向相位校正装置24提供得到的定时信号Cf。信号电平检测器22由去扩展输出的I分量Si和去扩展输出的Q分量Sq计算接收到的信号电平。多路径选择器23选择具有高信号电平的多个峰值作为多条路径。把这个多路径选择电路23的输出Cm输入到相位校正装置24。
相位校正装置24与每条路径对应校正接收到的信号的相位。从相位校正装置24发出每条路径的经相位校正的输出，在RAKE合成器25中同步合成，并将它输出到输出电路26。向解调并处理信号的后续的判定电路等提供该输出电路26的输出。
图3是示出相位校正装置24和RAKE合成器25的内部结构的例子的方框图。把去扩展接收到的信号Si和Sq(它们从复合型匹配滤波器18输出)输入相位校正装置24。相位校正装置24具有选择器30，它有选择地把去扩展接收到的信号Si和Sq输出到与多条路径相对应的多个相位校正电路31-34，这些信号的定时与多条路径的每一条相对应。
向选择器30和相位校正电路31-34提供从帧同步电路21输出的定时信号Cf和从多路径选择器23输出的信号Cm。定时信号Cf开始采样时钟生成，而信号Cm确定从定时信号Cf测得的采样定时。把相位校正电路31-34的每个电路校正每条有关路径的去扩展信号的相位。把相位校正电路31-34的每个电路的输出：(1)输入到相应的延迟电路35-38中的一个电路；(2)延迟相应的延迟时间，从而所有输出的定时一致；和(3)输入到合成电路39。
通过这个过程，当合成从多条路径输出的接收到的信号时，使从多条路径输出的接收到的信号的相位和定时同步。用这种方法，使路径多样化。
如图1所示，接收到的信号包括交替的导频码元块P和信息码元块I。在相位校正电路31-34中进行的相位校正处理运用根据包括在接收到的导频码元块P中的导频信号的相位旋转量(误差矢量)计算的校正信号(校正矢量)。
已知进行这种相位校正处理的两种方法。在第一种方法中，根据位于信息码元块I前后的导频码元块P计算校正矢量。在第二种方法中，由位于信息块I之前的导频码元块P获得的校正矢量校正相位。
图4是示出上述第一种方法所采用的相位校正电路31-34的例子的方框图，其中根据两个导频码元块P计算校正矢量。延迟装置41存储接收到的信息码元块I并经延迟输出它们。相位误差提取器42提取并平均位于要处理的信息码元块I前后的接收到的导频码元块P的相位误差。
相位校正器43通过以下步骤校正相位：(1)根据从相位误差提取装置42发出的误差信号(误差矢量)计算校正信号(校正矢量)；和(2)把校正矢量与从延迟装置41发出的要处理的接收到的信息码元块I相乘。
如果由(a+j·b)给出从发射机发射的复数值导频码元，而且由(Pi+j·Pq)表示去扩展接收导频码元，那么在导频码元块P中的相位误差的平均值表示如下。E=1LΣk=1L(Pik+j·Pqk)·(ak-j·bk)---(1)]]>
这里，L表示包括在导频码元块P中的码元数，而上标k表示导频码元数。
由于要发射的导频码元(a+j·b)通常是a＝(-1，+1)和b＝(-1，+1)的组合，所以实际上只用加法器就可以计算由式(1)给出的导频码元的平均相位误差E。
式(2)和(3)表示(已根据式(1)计算)的位于信息码元块I两侧的导频码元块P的平均相位误差矢量。E(1)＝E(1)i+j·E(1)q (2)E(2)＝E(2)i+j·E(2)q (3)这里，E(1)表示在要处理的信息码元块I之前的导频码元块P的平均相位误差矢量，而E(2)表示在要处理的信息码元块I之后的导频码元块P的平均误差矢量。
接着，由下式确定用于校正每个信息码元的相位误差的校正矢量。
M＝Mi+j·Mq (4)
根据下述式子可以计算这个校正矢量M。
Mi＝(E(1)i+E(1)i)/2 (5)Mq＝(E(1)q+E(1)q)/2 (6)
因此，实际上只用加法器就可以计算校正矢量M。由于不需要用到乘法器，所以可以简化电路结构。
通过把式(4)的校正矢量M的共轭矢量与每个信息码元的接收矢量D相乘，可以校正相位误差。用这种方法，可以获得如下式所示的经校正的信号矢量。D^=(Di+j·Dq)·(Mi-j·Mq)]]>＝(DiMi+DqMq)+j·(DqMu-DiMq) (7)
式(1)至(7)表示对某条路径的操作。在实际运用中，有多条路径。然而，对于多条路径中的每条路径，根据每个后去扩展信号通过进行式(1)至(7)的运算，可以校正相位误差。
通过对于经每条路径接收到的信号进行这种相位校正处理，而且通过把这些路径的接收到的信号同步相加，可以进行RAKE合成。然后，可以获得由下述式子表示的经合成输出。D-i=Σn-1ND^i(n)---(8)]]>D-q=Σn-1ND^q(n)---(9)]]>
这里，上标n(n＝1、2、...、N)表示在一个码元中每条路径的路径号。例如，把N设为4。
根据第一种方法，由于根据位于信息码元块I两侧的导频码元块P的相位误差校正信息码元块I的相位，所以可以进行高准确度的校正。
图5是用于进行上述第二种方法的相位校正电路。该方法运用从位于信息码元块I之前的导频码元块P获得的校正系数校正相位。相位误差提取器51从接收到的导频码元P中提取相位误差，并对相位误差求平均。相位校正器52把校正矢量(它已根据相位误差提取器51的输出算出)与信息码元相乘。
在第二种方法中，根据从接收到的导频码元块P(它位于要处理信息码元块I之前)提取的相位误差计算校正矢量。把根据式(10)和(11)算得的值用于校正矢量M。
Mi＝E(1)i (10)
Mq＝E(1)q (11)
第二种方法不要求存储接收到的信息码元块I用的延迟装置(在第一种方法中用到它)。由于只用在信息码元块I之前的接收到的导频码元块P计算校正矢量，所以可以减小电路的尺寸。然而，可用第二种方法获得的校正准确度要低于可用第一种方法获得的校正准确度。
如上所述，用第一种方法可获得高准度的信号接收。然而，这种方法要求存储接收数据的信息块I用的延迟装置。结果，第一种方法要求大量的电路。这在将该方法用于移动电信装置等方面成了一个严重的问题。根据第二种方法，可以减少电路。然而，第二种方法的校正准确度低于用第一种方法得到的校正准确度。
因此，本发明的目的在于提供能够运用最少数量的电路高准度地进行相位校正的信号接收方法和装置。
设计本发明以实现这一目的。根据本发明的扩展频谱无线通信系统的信号接收方法接收包括交替排列的导频码元块P和信息码元块I的扩展频谱信号。
该方法包括下列步骤。
(1)计算每个接收到的导频码元块P的相位误差，而且根据相位误差进一步计算相位校正系数。
(2)运用算得的相位校正系数校正紧跟着导频码元块P的信息码元块I的第一码元。
(3)根据接收到信号的经校正的信息码元临时确定传输信息码元，以确定紧跟着的信息码元的相位误差。
(4)根据推算出的相位误差修正已在步骤(1)中算得的相位校正系数。
(5)根据经修正的相位校正系数校正后续的信息码元的相位误差。
(6)重复步骤(3)-(5)直至完成对于信息码元块I的信号的接收和处理。
通过运用RAKE合成器的输出，或者，运用延迟检测电路的输出进行在步骤(3)中的临时确定。
此外，根据本发明的扩展频谱无线通信系统的信号接收装置是接收信号用的扩展频谱无线通信系统的信号接收装置，在该信号中当发射码元块时导频码元块P和信息码元块I是交替排列的。无线电通信系统用下列方法处理接收到的信号。正交检波器对接收到的信号作正交检测。匹配滤波器去扩展来自正交检波器的正交检波输出。把匹配滤波器的输出输入到延迟检测电路中。把匹配滤波器的输出输入到相位校正装置中，并把相位校正装置的输出输入到RAKE合成器中。
相位校正装置用下列方法进行操作。相位误差提取器从接收到的导频码元块P中提取相位误差。相位校正器运用来自校正矢量修正装置的经校正的相位误差之一和从相位误差提取器输出的相位误差，校正信息码元块I的信息码元的相位误差。临时确定器临时确定已由相位校正器校正的信息码元。校正矢量修正装置运用由临时确定器产生的临时确定结果推算正在处理的接收到的信息码元的相位误差，并运用这个推算的相位误差修正由相位误差提取器提取的相位误差。
临时确定器运用RAKE合成器的输出，或者，运用延迟检测电路的输出，临时确定与信息码元相对应传输信息码元。
通过下列步骤，可以非常准确地校正相位误差。(1)根据接收到的导频码元块P计算校正矢量。(2)根据信息码元块的每个接收到的信息码元的临时确定结果确定信息码元的相位误差矢量。(3)运用推算出的相位误差矢量修正校正矢量。(4)通过运用经修正的校正矢量校正接收到信息码元的相位。
图1示出根据现有技术的传输数据结构。
图2是用于根据现有技术进行RAKE合成的接收机结构的方框图。
图3是根据现有技术的相位校正装置的方框图。
图4是根据现有技术的相位校正电路的方框图。
图5是根据现有技术的相位校正电路的方框图。
图6是示出根据本发明的一个实施例的相位校正装置的方框图。
图7是示出根据采用本发明之方法的一个实施例的相位校正电路结构的方框图。
图8是示出如图7所示的实施例的处理过程的流程图。
图9是示出根据采用本发明之方法的另一个实施例的相位校正电路结构的方框图。
图10是如图9所示的实施例的处理过程的流程图。
图6是根据本发明的相位校正装置24和RAKE合成器25的方框图。把合成电路39的输出Mi和Mq反馈到相位校正电路1-4。其他结构与图3所示的相同，因而省略对于它们的说明。
图7是相位校正电路31的例子。由于每个相位校正电路31-34都相同，所以只示出相位校正电路31的内部结构。相位误差提取器1从接收到的导频码元块P中提取相位误差，并对误差求平均。相位校正器2根据从校正矢量修正装置4的输出和从相位误差提取器1输出的相位误差矢量计算校正矢量，并且校正接收到的信息码元的相位。
临时确定器3输入RAKE合成器25(它合成多条路径的经校正的信息码元)的输出Mq、Mi，并根据接收到的信息码元临时确定用于传输的传输信息码元。校正矢量修正装置4：(1)推算出正在处理的接收到的信息码元的相位误差矢量；和(2)运用推算出的相位误差矢量修正已根据导频码元算出的校正矢量。
图8示出这个相位校正电路的操作。如图1所示，从传输台发射的信号包括交替排列的导频码元块P和信息码元块I。因此，当首先接收到导频码元块P的信号时，由相位误差提取器1提取导频码元的相位误差，对正在处理的导频码元块P的L个导频码元的相位误差求平均，并计算平均相位误差矢量E(1)(步骤S11)。运用上述式子(1)和(2)进行这个操作。
当开始接收后续的信息码元块I的信号时，由相位校正器2对这个信息码元I的信号进行相位校正处理。换句话说，首先，运用校正矢量M0(它已根据在步骤S11中算得的相位误差矢量E(1)算得)校正信息码元块I的第一个信息码元的信号的相位(步骤S12)。
根据上述式子(10)和(11)计算校正矢量M0。然后，运用把校正矢量M0的共轭矢量与第一信息码元的接收矢量相乘校正相位误差。对于通过每条路径接收到的信号进行这种相位校正处理；对于每条路径，分别在相位校正电路31-34中进行这种相位校正处理。
用这种方法，对于每条路径，由相位校正电路31-34中的每个电路的相位校正器2校正第一信息码元块I，把它输入到RAKE合成器25，并如上所述对它进行RAKE合成(步骤S13)。向确定电路(未图示)提供RAKE合成器25的输出Mi和Mq，所述确定电路确定是否已处理整个信息码元块I。
如果已处理整个信息码元块I，那么完成相位校正处理。否则，处理回到步骤S14(步骤S20)，而且向临时确定器3(临时确定在发射侧的相应的传输矢量(步骤S14))提供RAKE合成器25的输出Mi和Mq。向校正矢量修正装置4输入临时确定的结果。
现在，作为临时确定步骤S14的结果，把与经处理的信息码元相应的传输信息矢量临时确定为(c+j·d)，而且后去扩展接收到的信息码元结果是(Di+j·Dq)。当获得这些值时，通过下式可获得接收到的信息码元的相位误差矢量E1。
Ek＝(Dki+j·Dkq)·(Ck-j·dk) (12)这里，上标k表示在信息码元块I中的信息码元数。当接收到第一个信息码元时，k＝1。
根据按式(12)算出的第一个信息码元的相位误差矢量E1，根据式(13)修正在步骤S11算出的校正矢量M0。把修正结果定义为新的校正矢量M1。
Mk＝αMk-1+(1-α)Ek (13)
这里，α是小于1的系数，它根据临时确定结果确定相位校正量的权重。根据传播条件等，该系数α的值可以是任意的。例如，当对在信息码元中产生的相位误差和在导频码元中产生的相位误差都给以相等权重时，可将该系数α的值设为0.5。当对由导频码元产生的相位误差赋予主权重时，可对α赋予较大的值。
通过运用根据式(13)算出的新的校正矢量M1，校正由下一个信息码元(在正在处理的信息块I中的第二个码元)产生的相位误差(步骤S12)。
类似地，当接收信息码元块I的第二个信息码元时，由临时确定器3临时确定与这个第二个信息码元相应的传输信息矢量(步骤S13和S14)。然后，校正矢量修正装置4把该接收数据的相位误差矢量E2代入式(13)以获得新的校正矢量M2。在这种情况下，可得E(1)＝M1。运用这个经修正的校正矢量M2，校正接着要接收的接收到的信息码元的相位误差(步骤S12)。
类似地，在下面，根据顺次接收到的信息码元的临时确定结果，顺次修正校正矢量Mk。通过运用这个经修正的校正矢量Mk，校正后续的信息码元的相位误差。
在式(13)中，运用从每个信息码元的临时确定得出的相位误差矢量，修正只根据接收到的导频码元块P检测的相位误差矢量E(1)。然而，作为另一种做法，还可以通过运用后续的导频码元或根据信息码元的临时确定结果要推算出的相位误差矢量，进一步修正已修正的校正矢量Mk，而且可用于校正后续的相位误差矢量。
根据本发明，由于不需要用大规模的延迟电路装置来延迟信息码元块I，所以可减小装置的电路的尺寸。此外，由于根据接收到的信息码元修正校正矢量，因而可以提高校正准确度。
图9是示出根据第二实施例的相位校正电路31的结构的方框图。在如图7所示的第一实施例中，用RAKE合成器25的输出，对于要处理的传输信息矢量作临时确定。在第二实施例中，也将延迟检测电路20的输出(帧同步电路21将它用于帧同步)用作临时确定结果。
在图9中，对于与图7相同的元件标以相同的标号，并且不再重复对于这些元件的说明。如图所示，把延迟检测电路20的输出输入到临时确定器3。如上所述，由于已知导频码元的传输矢量，所以可以根据延迟检测电路20的输出确定信息码元块I的信息码元的传输矢量。因此，也可将用于帧同步的延迟检测电路20的检测输出用作临时确定结果。
图10是第二实施例的处理过程的流程图。当接收导频码元块P的信号时，相位误差提取器1提取每个接收到导频码元的相位误差，对相位误差求平均，并计算相位误差矢量E(1)(步骤S21)。
同时，延迟检测电路20检测接收到的信号的延迟。在导频码元块P之后，输出信息码元块I的接收到的信息码元的延迟检测输出。临时确定器3运用与从延迟检测电路20输出的信息码元相应的延迟检测输出，临时确定相应的传输信息矢量(步骤S22)。
通过运用这个临时确定结果，运用等式(12)计算正在处理的接收到的信息码元的相位误差矢量。然后，运用这个算得的相位误差矢量，由式(13)修正已在步骤S21中算得的相位误差矢量E(1)，而且计算要用于校正后续的信息码元的相位误差的校正矢量(步骤S23)。
在步骤S24中，根据已在步骤S23中算得的校正矢量校正接收到的信息码元的相位。由于在步骤S22中对于紧接着导频码元块P的信息码元块I的第一个信息码元不输出临时确定结果，所以把在步骤S21中根据相位误差矢量E(1)算得的校正矢量用于校正相位。
由校正矢量校正信息码元块I的第二个信息码元的相位误差，其中根据由延迟检测电路20在步骤S22和S23中检测的第一个信息码元的延迟，修正所述校正矢量。当接收信息块的第三个信息码元时，由在校正矢量修正装置4中已重新修正的校正矢量校正相位误差。校正矢量修正装置4根据从延迟检测电路20发出的第二信息块的延迟检测输出，重新修正校正矢量。接着，类似地校正在这个信息码元块I中的后续的信息码元的相位。
把已校正其相位误差的信息码元的去扩展信号(用这种方法从相位校正器2顺次输出)输入到RAKE合成器25。然后，把去扩展信号与相应于其他路径输出合成，而且如前所述从相位校正装置33输出它们(步骤S25)，于是完成整个相位校正处理。
在上述说明中，仅根据位于要处理的信息码元块I之前的接收到的导频码元块P计算校正矢量，而且根据信息码元的临时确定结果，修正要处理的校正矢量。另一方面，作为现有技术的第一种方法，根据位于要处理的信息码元块I前后的导频块P的码元，可以计算校正矢量。根据信息码元的临时确定结果，可以修正相应的校正矢量。在这种情况下，本发明需要求延迟一个信息码元块用的电路装置。然而，与现有技术相比，本发明可以进行具有较高的准确度的相位校正。
如上所述，根据本发明，由于根据从接收到的导频码元块P提取的相位误差信号计算校正矢量，所以可以较高的准度地校正相位误差。通过运用由临时确定信息码元已推算出的信息码元的相位误差，顺次调节相位误差。
只从位于要处理的信息码元块I之前的导频码元块P提取相位误差信号。因此，由于不需要用于延迟接收到的信息码元块的装置，所以提高了校正准确度，而不需要大量电路。此外，由于运用RAKE合成器或延迟检测电路的输出进行临时确定，所以可以使临时确定所需的电路数量保持最小。