專利名稱：天線分集接收條件下的碼分多址系統多徑搜索方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及碼分多址(CDMA)移動通信系統，更具體地說，是指一種天線分集接收條件下的碼分多址系統多徑搜索方法與裝置。
陸地移動通信信道的主要特征是多徑傳播。對于碼分多址移動通信系統而言，由于采用了寬帶的擴頻信號，因此能夠采用RAKE接收技術來利用多徑信號，從而提高接收性能。當接收機采用天線分集接收技術時，一方面可以接收到更多的多徑信號；另一方面由于經由相同傳播路徑到達分集接收天線的信號是相互獨立的衰落信號，因此能夠更好地抗多徑衰落。在天線分集接收時，如何準確捕獲和鎖定多徑信號是提高RAKE接收性能的關鍵。
在碼分多址(CDMA)擴頻通信中，現有的公認較好的支持天線分集接收的多徑搜索方法如下在相同的搜索窗范圍內，采用兩路匹配相關器分別對兩路天線的接收信號和本地PN碼做相關運算，分別得到對應于搜索能量窗的每個搜索相位的一組相關能量值，分別構成對應于兩個天線的搜索能量窗，接著分別對兩路天線的搜索能量窗做平滑處理，當需要多徑更新時，當前的平滑處理輸出的搜索能量窗被分別送到兩路多徑判決單元，多徑判決單元用相同的門限判決方法分別對兩個搜索能量窗進行判決，得到兩組候選多徑，多徑分配單元按照候選多徑的強弱次序將兩組候選多徑分配到RAKE接收的各條支路，搜索窗滑動單元根據兩組候選多徑的分布得到搜索窗滑動信號，該信號用于控制搜索窗的滑動。
通過以下分析，可以得知現有的支持天線分集接收的多徑搜索方法尚存在一些缺陷第一、兩路天線的搜索能量窗分別進行多徑判決有缺陷。在天線分集接收時，一方面由于分集接收的兩副天線距離很近，擴頻信號經過不同的傳播路徑將幾乎同時到達兩副接收天線，因此兩路天線的搜索能量窗中的相關峰的出現的相位十分接近；另一方面，由于分集接收天線的距離在十倍射頻波長以上，因此經相同的傳播路徑到達兩副接收天線的信號的衰落是相互獨立的，這樣在同一時刻，如果在某路天線的搜索能量窗中的某個相位上出現能量較強的多徑，則在另一路天線的搜索能量窗中相同(或相近)相位上的相關能量不一定強。在現有的支持天線分集接收的多徑搜索方法中，兩路天線的能量窗是分別進行多徑判決的，并且每路天線都規定了相同的候選多徑條數，而實際上兩個搜索能量窗的多徑能量分布是有差異的，當多徑較多時，就會出現這樣的情況一方面一路天線的搜索能量窗中存在部分能量較高的多徑被排除在候選多徑之外，另一方面另一路天線的搜索能量窗中不能找到足夠的的候選多徑。因此現有的采用兩路天線的搜索能量窗分別判決的多徑搜索方法是有缺陷的。
第二、多徑分配按照候選多徑的強弱次序分配給RAKE接收的各支路存在缺陷。當RAKE接收支路分配到新的多徑時，如果該支路原有的多徑與新的多徑的相位相差太大，在相位切換時，該支路的當前擴頻符號的解擴將受到嚴重影響，并且相位的切換將會影響該支路的信道估計的性能，現有的多徑分配方法沒有考慮如何減少RAKE支路的相位切換和相位變化的幅度。
第三、現有的搜索窗滑動信號不具有抗噪聲多徑的能力。由于噪聲多徑的影響，搜索窗滑動單元輸出的搜索窗滑動信號的變化幅度可能很大，從而使搜索窗大幅度滑動，最終可能導致搜索窗失去對多徑信號的鎖定。
為此，本發明的目的是針對現有的天線分集接收條件下的碼分多址系統多徑搜索方法存在的缺點，提出一種較為新穎的天線分集接收條件下的碼分多址系統多徑搜索方法，同時也提供一種與之相適應的天線分集接收條件下的碼分多址系統多徑搜索裝置。
為了實現上述目的，本發明采用的天線分集接收條件下的碼分多址系統多徑搜索方法為首先用兩個匹配相關器分別對兩路天線信號在相同的搜索窗范圍內做相關運算，以得到兩個搜索能量窗；再將兩個搜索能量窗作平滑處理；對經過平滑處理后的搜索能量窗加以合并；對合并后的搜索能量窗進行判決，得到候選多徑；然后一方面多徑分配單元將候選多徑分配到各RAKE支路上，另一方面，候選多徑信息再經搜索窗滑動處理后得到搜索窗滑動信號，該滑動信號再反饋，用以控制搜索窗的滑動。
上述方法還進一步包含如下步驟
a．在相同的搜索窗范圍內，用兩個匹配相關器分別對兩路天線的輸入信號和本地PN碼進行相關運算，對于每路天線輸入，將得到對應于搜索窗的每個搜索相位的一組相關能量值，即為該路天線的搜索能量窗；b．對兩路匹配相關器輸出的搜索能量窗分別進行平滑處理，得到對應不同天線的平滑后的搜索能量窗；c．多徑更新時，選取當前平滑處理輸出的對應于不同的接收天線兩個搜索能量窗進行合并，在合并后的搜索能量窗中，使原來的兩個搜索能量窗的搜索相位序號和各搜索相位上的能量信息保持不變，但在每個搜索相位上增加區分接收天線的天線編號信息；d．從合并后的搜索能量窗中找出能量最強的一組初選候選多徑，初選候選多徑的信息包含多徑的相位序號和對應的天線編號；e．估計合并后的搜索能量窗的平均噪聲，并進一步得到噪聲門限；f．采用多徑提攜和噪聲門限相結合的判決方式對初選候選多徑進行判決，得到包含多徑的相位序號和對應的天線編號的候選多徑；g．用多徑匹配和保持的方式將步驟f得到的候選多徑信息分配給RAKE接收的各條支路；h．搜索窗滑動單元利用步驟g得到的候選多徑得到搜索窗的滑動信號，用硬限幅的方式處理該滑動信號，并將搜索窗滑動信號反饋，用以控制搜索窗的滑動。
本發明采用的天線分集接收條件下的碼分多址系統多徑搜索裝置包含至少兩匹配相關器單元、至少兩搜索能量窗的平滑單元、一搜索能量窗的合并單元、一多徑判決單元、一多徑分配單元、一搜索窗滑動單元，所述的兩路或兩路以上匹配相關器單元在相同的搜索窗范圍內分別對兩路或兩路以上天線的輸入信號和本地PN碼進行相關運算，對于每路天線輸入，得到對應于搜索窗的每個搜索相位的一組搜索能量窗；所述的兩路或兩路以上搜索能量窗的平滑單元分別對輸入的搜索能量窗進行平滑處理，得到平滑處理后的搜索能量窗；所述的搜索能量窗合并單元將經平滑處理后、對應于不同天線的搜索能量窗進行合并；所述的多徑判決單元從合并后的搜索能量窗中篩選出候選多徑；所述的多徑分配單元將候選多徑分配給RAKE接收的各條支路；
所述的搜索窗滑動單元根據輸入的候選多徑計算得到搜索窗滑動信號并對該信號進行硬限幅，其輸出分別反饋到各路匹配相關器和各路搜索能量窗的平滑處理單元。
與現有的天線分集接收條件下的碼分多址系統的搜索方法及裝置相比，本發明具有如下特點第一、本發明對兩路天線的搜索能量窗在多徑判決前進行合并，這種合并保留了各搜索能量窗的搜索相位序號和各搜索相位上的能量信息，并且在每個搜索相位上增加區分接收天線的天線編號信息，一方面，由于搜索能量窗的合并，可以依據統一的多徑判決方法找到相關能量最強的一組候選多徑；另一方面，可從合并后的搜索能量窗中將潛在的多徑從噪聲門限之下提取出來。
第二、該方法和裝置能夠減少各RAKE支路的多徑切換，并且能夠使各支路的多徑的相位變化最小。
第三、能夠有效地克服噪聲多徑對搜索窗滑動的影響，保持搜索窗對多徑的鎖定。
下面結合附圖和實施例，對本發明的方法和裝置作進一步地詳細說明
圖1為本發明的多徑搜索裝置原理示意框圖。
圖2為搜索能量窗的合并判決示意圖。
圖3為多徑提攜方式的示意圖。
圖4為搜索窗滑動中的硬限幅的流程示意圖。
本發明的天線分集接收條件下的碼分多址系統多徑搜索方法首先用兩個匹配相關器分別對兩路天線信號在相同的搜索窗范圍內做相關運算，以得到兩個搜索能量窗；再將兩個搜索能量窗作平滑處理；對經過平滑處理后的搜索能量窗加以合并；對合并后的搜索能量窗進行判決，得到候選多徑；然后一方面多徑分配單元將候選多徑分配到各RAKE支路上，另一方面，候選多徑信息再經搜索窗滑動處理后得到搜索窗滑動信號，該滑動信號再反饋，用以控制搜索窗的滑動。
該方法的詳細步驟進一步介紹如下
a．在相同的搜索窗范圍內，用兩個匹配相關器分別對兩路天線的輸入信號和本地PN碼進行相關運算，對于每路天線輸入，將得到對應于搜索窗的每個搜索相位的一組相關能量值，即為該路天線的搜索能量窗；b．對兩路匹配相關器輸出的搜索能量窗分別進行平滑處理，得到對應不同天線的平滑后的搜索能量窗；c．多徑更新時，選取當前平滑處理輸出的對應于不同的接收天線兩個搜索能量窗進行合并，在合并后的搜索能量窗中，使原來的兩個搜索能量窗的搜索相位序號和各搜索相位上的能量信息保持不變，但在每個搜索相位上增加區分接收天線的天線編號信息；d．從合并后的搜索能量窗中找出能量最強的一組初選候選多徑，初選候選多徑的信息包含多徑的相位序號和對應的天線編號；e．估計合并后的搜索能量窗的平均噪聲，并進一步得到噪聲門限；f．采用多徑提攜和噪聲門限相結合的判決方式對初選候選多徑進行判決，得到包含多徑的相位序號和對應的天線編號的候選多徑；g．用多徑匹配和保持的方式將步驟f得到的候選多徑信息分配給RAKE接收的各條支路；h．搜索窗滑動單元利用步驟g得到的候選多徑得到搜索窗的滑動信號，用硬限幅的方式處理該滑動信號，并將搜索窗滑動信號反饋給匹配相關器，以控制搜索窗的滑動。
所述的步驟e中，在估計平均噪聲時，先去掉合并后的搜索能量窗中的初選候選多徑的相位和各條候選多徑左右各一個碼片內的相位，再將搜索能量窗中的其他相位的相關能量值進行平均。
所述的步驟f中，噪聲門限方式是根據噪聲門限進行判決，如果某條初選候選多徑的相關能量高于噪聲門限，則該條初選候選多徑作為候選多徑，否則作為未入選的候選多徑；多徑提攜方式是對未入選的候選多徑進行處理，如果某條通過門限判決得到的候選多徑與該條未入選多徑的相位相同但天線編號不同，則將該條未入選多徑作為候選多徑。
所述的步驟g中，多徑匹配是將候選多徑與當前各RAKE支路的多徑進行匹配，如果一候選多徑與當前RAKE支路的多徑的天線編號相同并且相位相差不超過1/4碼片，則將該候選多徑分配給RAKE支路；保持方式是對于尚未參與分配的每條RAKE支路，選擇與其相位最接近的未分配的候選多徑加以分配，直到分配完所有的候選多徑。
所述的步驟h中，硬限幅方式是設定搜索窗的最小滑動相位為1個碼片，并設定搜索窗的最大滑動相位為W個碼片，W的取值在1～10個碼片；根據候選多徑的分布情況確定搜索窗滑動的相位，然后將該相位的絕對值與搜索窗的最小滑動相位和最大滑動相位相比較，如果介于兩者之間，則輸出該相位；如果該相位的絕對值高于搜索窗的最大滑動相位，則輸出搜索窗的最大滑動相位且與該相位取相同符號；如果該相位的絕對值低于搜索窗的最小滑動相位，則輸出為0。
本發明所述的方法，不僅局限于對兩路天線而言，可以對兩路以上天線輸入的信號依次進行分集接收、相關運算、平滑處理、搜索能量窗的合并、多徑判決，再分配至各RAKE支路，這些過程與兩路相同。
請參閱圖1所示，依照本發明所描述的方法，本發明的天線分集接收條件下的碼分多址系統多徑搜索裝置包含至少兩路匹配相關器單元、至少兩路搜索能量窗的平滑單元、一搜索能量窗的合并單元、一多徑判決單元、一多徑分配單元、一搜索窗滑動單元，所述的兩路或兩路以上匹配相關器單元在相同的搜索窗范圍內分別對兩路或兩路以上天線的輸入信號和本地PN碼進行相關運算，對于每路天線輸入，得到對應于搜索窗的每個搜索相位的一組搜索能量窗；所述的兩路或兩路以上搜索能量窗的平滑單元分別對輸入的搜索能量窗進行平滑處理，得到平滑處理后的搜索能量窗；所述的搜索能量窗合并單元將經平滑處理后、對應于不同天線的搜索能量窗進行合并；所述的多徑判決單元從合并后的搜索能量窗中篩選出候選多徑；所述的多徑分配單元將候選多徑分配給RAKE接收的各條支路；
所述的搜索窗滑動單元根據輸入的候選多徑計算得到搜索窗滑動信號和對該信號進行硬限幅，其輸出分別反饋到各路匹配相關器和各路搜索能量窗的平滑處理單元。
本發明的多徑搜索裝置的工作原理介紹如下兩個匹配相關器在相同的搜索窗范圍內分別對兩路天線輸入的信號和本地P N碼做匹配濾波方式的相關運算，得到的對應于不同搜索相位的相關能量構成搜索能量窗，搜索能量窗的平滑處理單元對搜索能量窗進行平滑，當需要多徑更新時，搜索能量窗的合并單元將兩路平滑后的搜索能量窗進行合并，多徑判決單元采用多徑提攜和門限判決相結合的方式對合并后的搜索能量窗進行多徑判決，得到候選多徑，多徑分配單元采用多徑匹配和保持的方式將候選多徑分配給各RAKE接收支路，搜索窗滑動單元根據候選多徑的分布得到搜索窗滑動信號，該信號經硬限幅后用于控制搜索窗的滑動。
請再參閱圖2所示，搜索能量窗的合并單元將平滑處理后的兩個多徑搜索能量窗合并為兩倍窗寬度的新的搜索能量窗，合并的搜索能量窗保持了原來的兩個搜索能量窗的搜索相位序號和相關能量不變，但是在每個搜索相位上增加了天線編號的信息，如1#天線和2#天線。多徑判決單元按照相關能量從大到小的原則從合并后的搜索能量窗中選擇相關能量最大的一組多徑作為初選多徑，噪聲估計和門限計算也在合并后的搜索能量窗中統一進行，并且采用統一的門限進行多徑判決。
搜索能量窗的合并有如下的優點其一、由于1#天線和2#天線相距十倍(載頻)波長以上，所以它們的衰落是獨立的，能量窗合并在一起以后，初選多徑的能量是兩個能量窗中的最高的，因此從初選多徑中選出的候選多徑也是最佳的；其二、能量窗合并以后，噪聲估計的樣點數增加了約一倍，因此能提高噪聲估計的準確性；其三、能量窗合并以后，從初選多徑中判決候選多徑時就可以采用統一的判決門限，因此選出的候選多徑是最優的；其四、在能量窗合并判決技術的基礎上可以采用多徑提攜方式以進一步提高多徑搜索的性能。
請繼續參閱圖3所示，初選多徑A和初選多徑B具有相同(或距離小等于1/4碼片)的相位，但是分別對應于不同天線，其中初選多徑A的能量低于判決門限，初選多徑B的能量高于判決門限，則初選多徑A和B都將作為候選多徑輸出。在天線分集接收時，多徑提攜方式是門限判決的有益補充，其原理可以簡單分析如下當信號經過某條傳輸路徑到達接收天線并且在1#天線的搜索能量窗中出現該條多徑時，由于分集接收的兩個天線之間的距離很近，2#天線也應該收到經過該條傳輸路徑的信號，因此在2#天線的能量窗中的同相位(或相近相位)上如果有較高的相關能量峰值，則很有可能是條多徑。當然，由于兩天線的距離大于10倍信號波長，經過該條傳輸路徑到達1#和2#天線的信號的衰落是獨立的，因此2#天線的同相位位置有可能因衰落而不出現相關能量峰值。
最后，請參閱圖4所示，搜索窗滑動單元根據候選多徑得到的搜索窗滑動信號經過了硬限幅后才輸出，因此每次的輸出的搜索窗滑動相位P的絕對值界于窗最小滑動相位和窗最大滑動相位之間。這樣做是基于以下事實搜索窗滑動相位變化的周期(數十毫秒量級)遠小于多徑變化一個碼片的周期(秒的量級)，因此每次的搜索窗滑動相位應該是很小的。設置搜索窗最小滑動相位能夠消除搜索窗在小的范圍內的正常抖動，設置搜索窗最大滑動相位能夠消除搜索窗的劇烈滑動，從而改善多徑搜索對多徑的鎖定性能。
本發明在多徑分配單元中采用了多徑匹配和保持的方式，首先將候選多徑與當前各RAKE支路的多徑進行匹配，如果候選多徑A與當前RAKE支路B的多徑的天線編號相同并且相位相差不超過1/4碼片，則將候選多徑A分配給RAKE支路B，然后對于尚未參與分配的每條RAKE支路，選擇與其相位最接近的未分配的候選多徑加以分配，直到分配完所有的候選多徑。這種多徑分配方法不但能夠減少各RAKE支路的多徑切換，而且能夠使各支路的多徑的相位變化最小，從而能夠改善后續的支路解調和信道估計的性能。
采用本發明的多徑搜索方法和裝置在寬帶CDMA上行鏈路中經過了仿真模擬，仿真平臺是Synopsis公司的系統仿真軟件Cossap，仿真結果驗證了本發明有效性，即，在天線分集接收并采用除多徑搜索以外其它結構完全相同相同的RAKE接收機時，相比采用現有的多徑搜索器的RAKE接收機而言，采用了本發明的多徑搜索器的RAKE接收機的性能有明顯的提高。
權利要求
1.一種天線分集接收條件下的碼分多址系統多徑搜索方法，該方法首先用兩個匹配相關器分別對兩路天線信號在相同的搜索窗范圍內做相關運算，以得到兩個搜索能量窗；再將兩個搜索能量窗作平滑處理；其特征在于對經過平滑處理后的搜索能量窗加以合并；對合并后的搜索能量窗進行判決，得到候選多徑；然后一方面多徑分配單元將候選多徑分配到各RAKE支路上，另一方面，候選多徑信息再經搜索窗滑動處理后得到搜索窗滑動信號，該滑動信號再反饋，用以控制搜索窗的滑動。
2.如權利要求1所述的碼分多址通信系統多徑搜索方法，其特征在于，該方法進一步包含如下步驟a．在相同的搜索窗范圍內，用兩個匹配相關器分別對兩路天線的輸入信號和本地PN碼進行相關運算，對于每路天線輸入，將得到對應于搜索窗的每個搜索相位的一組相關能量值，即為該路天線的搜索能量窗；b．對兩路匹配相關器輸出的搜索能量窗分別進行平滑處理，得到對應不同天線的平滑后的搜索能量窗；c．多徑更新時，選取當前平滑處理輸出的對應于不同的接收天線兩個搜索能量窗進行合并，在合并后的搜索能量窗中，使原來的兩個搜索能量窗的搜索相位序號和各搜索相位上的能量信息保持不變，但在每個搜索相位上增加區分接收天線的天線編號信息；d．從合并后的搜索能量窗中找出能量最強的一組初選候選多徑，初選候選多徑的信息包含多徑的相位序號和對應的天線編號；e．估計合并后的搜索能量窗的平均噪聲，并進一步得到噪聲門限；f．采用多徑提攜和噪聲門限相結合的判決方式對初選候選多徑進行判決，得到包含多徑的相位序號和對應的天線編號的候選多徑；g．用多徑匹配和保持的方式將步驟f得到的候選多徑信息分配給RAKE接收的各條支路；h．搜索窗滑動單元利用步驟g得到的候選多徑得到搜索窗的滑動信號，用硬限幅的方式處理該滑動信號，并將搜索窗滑動信號反饋，用以控制搜索窗的滑動。
3.如權利要求2所述的碼分多址通信系統多徑搜索方法，其特征在于，所述的步驟e中，在估計平均噪聲時，先去掉合并后的搜索能量窗中的初選候選多徑的相位和各條候選多徑左右各一個碼片內的相位，再將搜索能量窗中的其他相位的相關能量值進行平均。
4.如權利要求2所述的碼分多址通信系統多徑搜索方法，其特征在于，所述的步驟f中，噪聲門限方式是根據噪聲門限進行判決，如果某條初選候選多徑的相關能量高于噪聲門限，則該條初選候選多徑作為候選多徑，否則作為未入選的候選多徑；多徑提攜方式是對未入選的候選多徑進行處理，如果某條通過門限判決得到的候選多徑與該條未入選多徑的相位相同但天線編號不同，則將該條未入選多徑作為候選多徑。
5.如權利要求2所述的碼分多址通信系統多徑搜索方法，其特征在于，所述的步驟g中，多徑匹配是將候選多徑與當前各RAKE支路的多徑進行匹配，如果一候選多徑與當前RAKE支路的多徑的天線編號相同并且相位相差不超過1/4碼片，則將該候選多徑分配給RAKE支路；保持方式是對于尚未參與分配的每條RAKE支路，選擇與其相位最接近的未分配的候選多徑加以分配，直到分配完所有的候選多徑。
6.如權利要求2所述的碼分多址通信系統多徑搜索方法，其特征在于，所述的步驟h中，硬限幅方式是設定搜索窗的最小滑動相位為1個碼片，并設定搜索窗的最大滑動相位為W個碼片，W的取值在1～10個碼片；根據候選多徑的分布情況確定搜索窗滑動的相位，然后將該相位的絕對值與搜索窗的最小滑動相位和最大滑動相位相比較，如果介于兩者之間，則輸出該相位；如果該相位的絕對值高于搜索窗的最大滑動相位，則輸出搜索窗的最大滑動相位且與該相位取相同符號；如果該相位的絕對值低于搜索窗的最小滑動相位，則輸出為0。
7.如權利要求1-6中任一項所述的碼分多址通信系統多徑搜索方法，其特征在于，可以對兩路以上天線輸入的信號依次進行分集接收、相關運算、平滑處理、搜索能量窗的合并、多徑判決，再分配至各RAKE支路。
8.一種天線分集接收條件下的碼分多址系統多徑搜索裝置，其特征在于，該裝置包含至少兩匹配相關器單元、至少兩搜索能量窗的平滑單元、一搜索能量窗的合并單元、一多徑判決單元、一多徑分配單元、一搜索窗滑動單元，所述的兩路或兩路以上匹配相關器單元在相同的搜索窗范圍內分別對兩路或兩路以上天線的輸入信號和本地PN碼進行相關運算，對于每路天線輸入，得到對應于搜索窗的每個搜索相位的一組搜索能量窗；所述的兩路或兩路以上搜索能量窗的平滑單元分別對輸入的搜索能量窗進行平滑處理，得到平滑處理后的搜索能量窗；所述的搜索能量窗合并單元將經平滑處理后、對應于不同天線的搜索能量窗進行合并；所述的多徑判決單元從合并后的搜索能量窗中篩選出候選多徑；所述的多徑分配單元將候選多徑分配給RAKE接收的各條支路；所述的搜索窗滑動單元根據輸入的候選多徑計算得到搜索窗滑動信號并對該信號進行硬限幅，其輸出分別反饋到各路匹配相關器和各路搜索能量窗的平滑處理單元。
全文摘要
本發明公開了一種天線分集接收條件下的碼分多址系統多徑搜索方法及裝置。該方法將對應于不同接收天線的搜索能量窗在多徑判決之前進行合并,對合并后的搜索能量窗進行判決,然后分配候選多徑到各RAKE支路,再控制搜索窗的滑動;其裝置由至少兩匹配相關器和搜索索能量窗的平滑處理單元、一搜索能量窗合并、一多徑判決、一多徑分配、一搜索窗滑動單元組成,充分利用了天線分集接收的特點,具有更好的多徑捕獲準確性和更強的多徑鎖定能力。
文檔編號H04B7/02GK1315791SQ0011530
公開日2001年10月3日 申請日期2000年3月30日 優先權日2000年3月30日
發明者段為明 申請人:華為技術有限公司