專利名稱：：含有導頻信道碼分多址通信系統中的跟蹤方法及裝置的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種碼分多址通信系統中、在含有導頻的信道上完成的采用支路比較方法的跟蹤方法及裝置。在碼分多址(CDMA)系統中(以下簡稱CDMA系統)，本地序列和發送序列是否對齊將會直接影響解擴后的信噪比。雖然擴頻序列的捕獲完成后，兩者已大致同步，但是由于捕獲精度的限制，以及噪聲的影響、信道傳輸時延的變化、收發時鐘頻率的偏移等，本地序列和發送序列的相位不可能保持長期穩定的一致。為了解決這個問題，就需要跟蹤電路來實時地控制本地碼字相位，使其與接收序列保持一致，從而獲得良好的解調特性。常規跟蹤器一般采用延遲鎖定環(DLL——DelayLockedLoop)原理。要實現對擴頻序列相位的跟蹤，關鍵是要能正確地檢測出兩個序列的相位差，然后用這個相位差去閉環調節本地序列的相位，使之與接收序列盡量一致，從而把兩個序列的相位差控制在最小狀態，即實現跟蹤。這種鑒相特性依靠的是擴頻序列的自相關特性。如附圖1所示，CDMA系統收發序列的自相關函數R(t)，當t=0時，相關值最大；若碼片長度為Tc，當t超過Tc后，相關值就很小。從圖中可以看出，將自相關函數分別左右移半個碼片后相減，即可構成一條鑒相曲線。t=0，即完全同步時，鑒相器輸出相差才為零。當-Tc/2＜t＜Tc/2，鑒相曲線近似線性。根據該曲線和鎖相環原理，即可構造跟蹤環。若有間隔Tc的兩個相關器，將他們的相關值相減，差值去閉環控制本地碼字發生器，使本地碼字相位趨近于接收相位，即可完成跟蹤。這兩個相關器分別可稱為“早”“遲”支路，跟蹤穩定后，它們分別超前和滯后準確同步相位半個碼片。如果在這兩路中間再放置一個相關器，穩定后即位于同步位置，可做較精確解調。該相關器可稱為“中”支路，也是解調支路。這種結構稱為延遲鎖定環。常規跟蹤環結構如附圖二，數據經延遲后分成早中遲三路(間隔半個碼片長度)，分別與本地PN碼做復數相乘(解調)、積分(解擴)——中路復數相關值為解調輸出；早遲兩路復數相關值的能量(平方和)差值送入環路濾波器濾波后，再進入相位調節模塊，產生碼字地址偏移，調節本地碼字地址，該地址直接驅動本地碼字發生器產生本地PN碼字。現有技術中的存在的不足是1、由于現代CDMA移動通信的信道條件極為惡劣，信噪比極低，而且伴有深度可達30-40dB的快速衰落，對于解調后的信號來說，信噪比仍然很低，噪聲干擾很大，在這種情況下，送入環路濾波器的相位偏差的精確性不能保證，跟蹤效果較差。2、如上所述，接收數據的能量可能由于快速深衰落的影響而有30-40dB的起伏，雖然經過AGC及功控的調節，但由于AGC及功控的響應時間和調節程度的限制，其上下波動仍然十分劇烈。由于該種衰落是乘性干擾，早遲支路相關能量之差也會受相同影響，這時鑒相出的相位差值實際上還疊加了能量起伏的變化，極大地影響環路收斂速度，降低跟蹤精度。3、由于求取相關能量需做平方和，信號的動態范圍大大變寬，所需位寬增加一倍，硬件上較耗費資源。本發明的目的是為了克服現有技術中的缺陷，而提出的一種易于實現、且能去除信道衰落等乘性干擾對跟蹤的影響、節省硬件資源的基于間斷導頻相干加、采用支路比較方法的跟蹤方法及其裝置。實現本發明的技術方案是一種含有導頻信道CDMA通信系統中的跟蹤方法，采用DLL結構，用三個相關器構成早中遲三個支路，其特點是，包括以下步驟a、輸入數據經直通及延時電路后，形成間隔為半個碼片的早中遲三路數據，分別進入早中遲支路做相關解調；b、從早遲支路輸出的解擴后的IQ兩路信號，通過導頻信號抽取電路將導頻信號從每個時隙中抽取出來，與導頻圖案發生器產生的導頻圖案相乘去調制；c、去調制后的導頻信號進行累加后再求IQ兩路絕對值之和；d、經比較得出相位差值指示；e、相位差值指示經環路濾波后通過相位控制器輸出本地碼地址，該本地碼地址驅動本地碼字發生器產生本地碼字再進入早中遲相關器，完成跟蹤環路的閉環控制。上述一種含有導頻信道CDMA通信系統中的跟蹤方法，其中，所述的各相關器由輸入數據IQ兩路和本地碼字IQ兩路復乘積分構成，積分長度為擴頻因子與超采樣碼率的乘積。上述一種含有導頻信道CDMA通信系統中的跟蹤方法，其中，將導頻信號從解擴后的信號中抽取出來，與導頻圖案相乘去調制，形成的導頻信號基本同相。上述一種含有導頻信道CDMA通信系統中的跟蹤方法，其中，所述的相位差值指示為當早路絕對和大于遲路絕對和時，比較器輸出“1”；當早路絕對和等于遲路絕對和時，比較器輸出“0”；當早路絕對和小于遲路絕對和時，比較器輸出“-1”。一種實現上述方法的裝置，包括延時模塊、相關器、本地碼字發生器、相位調節器、環路濾波器；所述的延時模塊為早路、遲路兩個半個碼片延時模塊；所述的相關器為早路相關器、中路相關器和遲路相關器；輸入的原始數據送到早路相關器，同時送到早路半個碼片延時模塊；經該早路半個碼片延時模塊延時后再送到遲路半個碼片延時模塊，同時送到中路相關器；經該遲路半個碼片延時模塊延時后的數據送到遲路相關器；所述環路濾波器、相位調節器和本地碼字發生器及三個相關器順序連接；其特點是，還包括早路、遲路導頻抽取模塊，早路、遲路相干加模塊，早路、遲路求絕對和模塊，支路比較模塊，導頻圖案發生器以及與該導頻圖案發生器連接的遲路乘法器、與遲路乘法器連接的早路乘法器；從早路相關器輸出的數據順序與早路導頻抽取模塊、早路乘法器、早路相干加模塊和早路求絕對和模塊相連接，從遲路相關器輸出的數據順序與遲路導頻抽取模塊、遲路乘法器、遲路相干加模塊和遲路求絕對和模塊相連接；從早路、遲路求絕對和模塊輸出的兩路絕對值之和再送到支路比較器得到的相位差值指示再輸送到所述環路濾波器，經環路濾波器濾波的信號再順序與相位調節器和本地碼字發生器連接及至輸送到三個相關器，形成環路跟蹤。上述裝置中，所述的早路、遲路延時模塊可以采用環型存儲器實現，其輸出抽頭的間隔為輸出數據的時延。上述裝置中，所述的早路、遲路導頻抽取模塊可由通斷門實現，由已知的時隙結構來控制門的通斷，導頻位置時開通，其余位置關斷。上述裝置中，所述的導頻圖案發生器輸出的信號為導頻圖案。上述裝置中，所述的早路、遲路相干加模塊將相鄰的若干去調制的導頻復數相加，提升信噪比。上述裝置中，所述的早路、遲路求絕對和模塊完成求I、Q兩路絕對值之和的過程。上述裝置中，所述的支路比較模塊比較早、遲支路的絕對和，當早路絕對和大于遲路絕對和時，比較器輸出“1”；當早路絕對和等于遲路絕對和時，比較器輸出“0”；當早路絕對和小于遲路絕對和時，比較器輸出“-1”。上述裝置中，所述的環路濾波模塊可采用PLL鎖相環中的普通環路濾波器。上述裝置中，所述的相位調節模塊根據環路濾波后的相位差值，調節本地碼字的地址，驅動碼字發生器產生本地碼字。由于本發明采用了以上的技術方案，其產生的積極效果是明顯的；1、用信號的絕對和(I、Q兩路的絕對值之和)來代替常規方法中的平方和取能量，可以降低信號位寬，節省硬件資源，更加易于實現。2、將基本同相的導頻信號相干累加，使N個導頻的相干加能提高信噪比到原來的N倍，提高早遲支路相關值的信噪比以改善跟蹤性能。3、利用相位差值的正負符號做相位指示，由該指示信號控制碼字相位的移動，可去除信號衰落的影響。為了更清楚了解本發明的性能、特點，現結合以下實施例及其附圖作詳細的說明。圖1是已有技術擴頻序列的自相關特性圖；圖2是已有技術跟蹤環結構圖；圖3是本發明跟蹤方法的整體結構示意圖；圖4是本發明相關器的結構示意圖；圖5是本發明誤碼率——信噪比的折線圖。現代CDMA系統大都提供包含導頻的信道，導頻的圖案已知；而且雖然受高速移動帶來的多普勒頻移的影響，相鄰信號間的相位會有一定偏轉，但是由于現代CDMA通信的碼率極高，相鄰信號的時間間隔極短，所以它們歷經的信道特征基本一致，具有幾乎相同的相位。這是導頻相干加可行性的基礎。本發明用三個相關器構成早中遲三個支路，但是早遲支路輸出解擴后的信號，并不直接進行平方和求能量，而是先通過導頻信號抽取電路將導頻信號從每個時隙中抽取出來，與導頻圖案相乘去調制，相干累加后再求絕對和(IQ兩路絕對值之和)。比較早遲支路的絕對和，得出相位差值指示，經環路濾波后控制本地碼字相位以完成跟蹤。其步驟是a、輸入數據經直通及延時電路后，形成間隔為半個碼片的早中遲三路數據，分別進入早中遲支路做相關解調；b、從早遲支路輸出的解擴后的IQ兩路信號，通過導頻信號抽取電路將導頻信號從每個時隙中抽取出來，與導頻圖案發生器產生的導頻圖案相乘去調制；c、去調制后的導頻信號進行累加后再求IQ兩路絕對值之和；d、經比較得出相位差值指示；e、相位差值指示經環路濾波后通過相位控制器輸出本地碼地址，該本地碼地址驅動本地碼字發生器產生本地碼字再進入早中遲相關器，完成跟蹤環路的閉環控制。跟蹤環路運作的前提是已知信號的結構信息，如時隙起始、時隙結構、導頻位置及圖案等等。所以導頻的抽取及圖案反調制是易于實現的。以99年7月3Gpp提案所描述的CDMA上行控制信道為例，移動速度為120km/h時，相鄰信號間的信道相位偏轉僅有5°，基本可認為同相。但是提案中規定導頻上是有圖案(Pattern)的，所以導頻信號有0°/180°的調制相位，為了相干加，必須去除該調制相位，也就是進行導頻圖案的反調制。反調制可以用已知的導頻圖案與信號相乘完成。這樣，相鄰去調制后的導頻信號可認為基本同相。但是，實際上去調制后的導頻并非完全同相，因此，本申請中所涉及的導頻信號“相干加”實際上應為“準相干加”，為方便敘述，仍采用“相干加”的說法，特此說明。假設N個同相信號幅度都是A，零均高斯噪聲的方差都是ρ2，而且相互獨立，則每路數據的信噪比為A2/ρ2，N路數據相干累加，由于信號同相，幅度變為原來的N倍，即N×A；又由于每路數據間高斯白噪聲的獨立性，累加后的噪聲方差變為N×ρ2。這樣，N次相干加后數據信噪比為(N×A)2/(N×ρ2)=N×A2/ρ2，即提高到原來的N倍。在接收信號相位旋轉速度的限制下，可取盡量多的導頻相干加，在本文中，推薦使用五位，這樣，即使在300km/h的高速下，相干加的導頻相位偏差最大也不超過67°。由于信噪比的提高，早遲支路的相關值估計就更加精確。得出早遲支路的相關I、Q值之后，將該早遲兩路支路的信號分別求出絕對和(I、Q兩路絕對值之和)，作為早遲能量關系的表征。取它們的絕對值之和，采用支路比較的方法，當早路絕對和大于遲路時，比較器就輸出1；等于時輸出0；否則輸出-1。由于采用支路比較法，只關心早遲支路的相對關系，不必力求精確能量，因此，可采用I、Q兩路絕對值之和來反映信號的幅值(或能量)關系。設信號為Aejη，A為幅值，η為相位偏轉，則I=Acosη,Q=Asinη。I、Q兩路絕對值之和為A(|cosη|+|sinη|)。由于早遲兩路時間上僅間隔一個碼片，可以認為早遲信號的相位偏轉η相同。這樣，早遲支路的I、Q絕對值之和是可以正確反映早遲信號的幅值相對關系的。去除了平方運算，可以降低信號位寬，節省硬件資源，更加易于實現。為了去除信號衰落的影響，可以只利用相位差值的信號做相位差指示，由該指示信號控制碼字相位的移動。由于信道衰落對于早遲支路的影響是幾乎完全一致的，所以衰落并不會改變早遲支路相關能量的相對大小，因此采用支路比較法作出相位估計，可以完全去除信道衰落等乘性干擾造成的環路收斂速度的變化。這是支路比較方法的理論基礎。支路比較的結果只是1、0和-1，這實際上是相位調節指示。由于噪聲的影響，這些相位偏差指示未必可靠，如果直接控制碼字的地址，勢必造成相位的抖動。由于當前3G系統中碼率相當大，信號路徑時延的變化相對較緩慢，其對應的相位調節信號的頻率也較低，所以可以將這些相位偏差指示送入低通環路濾波，去除由噪聲引起的高頻抖動，再去控制本地碼字相位。這樣調節的速率不受信號幅度的影響，去除了信號衰落等乘性干擾。現以99年7月3Gpp提案所描述的CDMA上行控制信道為例，詳細說明本發明。99年7月3Gpp提案所描述的CDMA上行控制信道，碼片(Chip)速率為3.84MChip/s，擴頻因子為256(即每個信號(Symbol)擴成256個碼片)，10個信號構成1個時隙(Slot)，在每個時隙中，前五個信號一定是導頻，導頻的圖案已約定。本發明跟蹤方法的結構如附圖3所示，仍采用DLL結構，包括延時模塊、相關器、本地碼字發生器、相位調節器、環路濾波器；所述的延時模塊為早路、遲路兩個半個碼片延時模塊301、302；所述的相關器為早路相關器303、中路相關器304和遲路相關器305；輸入的原始數據送到早路相關器303，同時送到早路半個碼片延時模塊301；經該早路半個碼片延時模塊301延時后再送到遲路半個碼片延時模塊302，同時送到中路相關器304；經該遲路半個碼片延時模塊302延時后的數據送到遲路相關器305；所述環路濾波器316、相位調節器314和本地碼字發生器309順序連接，其輸出并與三個相關器順序連接；還包括早路、遲路導頻抽取模塊306、307，早路、遲路相干加模塊310、311，早路、遲路求絕對和模塊312、313，支路比較模塊315，導頻圖案發生器308以及與該導頻圖案發生器308連接的早路、遲路乘法器318、319；從早路相關器303輸出的數據順序輸送到早路導頻抽取模塊306、早路乘法器318、早路相干加模塊310和早路求絕對和模塊312，從遲路相關器305輸出的數據順序輸送到遲路導頻抽取模塊307、遲路乘法器319、遲路相干加模塊311和遲路求絕對和模塊313，從早路、遲路求絕對和模塊輸出的兩路絕對值之和再送到支路比較器315得到的相位指示再順序輸送到所述環路濾波器316、相位調節器314和本地碼字發生器309，其輸出再順序送到三個相關器，形成跟蹤環。延時模塊301和302可以采用環型存儲器實現，輸出抽頭的間隔實際就是輸出數據的時延。相關器303、304和305結構如附圖4所示，由輸入數據IQ兩路和本地碼字IQ兩路復乘積分構成，積分長度為擴頻因子與超采樣碼率的乘積。導頻抽取模塊306、307可用通斷門實現，由已知的時隙結構來控制門的通斷，導頻位置時開通，其余位置關斷。導頻圖案也是已知的，將其與解擴后的導頻信號相乘，完成導頻圖案的反調制，輸出的導頻其上不再疊加圖案信號。相干加模塊310、311將相鄰的若干去調制的導頻復數相加，提升信噪比。求絕對和模塊312、313完成求I、Q兩路絕對值之和的過程。支路比較模塊315比較早遲支路的絕對和，當早路絕對和大于遲路時，就輸出1；等于時輸出0；否則輸出-1。環路濾波模塊316可采用PLL鎖相環中的普通環路濾波器。相位調節模塊314根據環路濾波后的相位差值，調節本地PN碼字的地址，驅動碼字發生器309產生本地碼字。從上述實現描述可知，本方法易于實施。現以99年7月3Gpp提案所描述的CDMA上行控制信道為協議環境，在COSSAP仿真環境中，分別實現了常規跟蹤環及本方法。在M1225車載A型多徑信道及120km/h的移動速度下，以信噪比1到9dB做了單徑跟蹤對比測試，結果如下表(下表為不同信噪比下本方法與常規方法的誤碼率比較表)<tablesid="table1"num="001"><table>信噪比SNR123456789常規跟蹤誤碼率(％)37.832.730.127.322.319.416.814.512.7本方法誤碼率(％)32.229.526.824.121.418.916.514.312.3</table></tables>根據結果做出誤碼率——信噪比的折線圖如附圖5。由測試結果可以看出，信噪比較高時，相干加及支路比較方法略優于常規方法，差別不大；而低信噪比情況下，后者由于噪聲及衰落的干擾，不能始終跟蹤住主徑，而是在各條多徑間游離，造成性能的急劇惡化；此時，相干加及支路比較方法卻可以始終跟住主徑，所以性能變化比較平坦，比常規方法提高1dB左右。眾所周知，現代CDMA通信系統都是工作在極低信噪比和較強衰落的多徑信道下，因此，本方法的提出更具有實際意義和價值。與已有技術相比，本發明的優點是1、由于N個導頻的相干加能提高信噪比到原來的N倍，早遲支路的相關值估計更加準確，相位誤差估計的精度也相應提高，因此導頻抽取及相干加能提高跟蹤精度。2、采用支路比較法作出相位估計，只需關心早遲支路相關值的相對大小，可以完全去除信道衰落等乘性干擾造成的環路收斂速度的變化，提高跟蹤的穩定性(抗衰落性)。3、由于采用支路比較法，不必力求精確能量，因此，可采用I、Q兩路絕對值之和來反映信號的幅值(或能量)關系。去除了平方運算，即降低了信號位寬，可以節省硬件資源，更加易于實現。權利要求1.一種含有導頻信道碼分多址通信系統中的跟蹤方法，采用延時鎖定環結構，用三個相關器構成早中遲三個支路，其特征在于，包括以下步驟a、輸入數據經直通及延時電路后，形成間隔為半個碼片的早中遲三路數據，分別進入早中遲支路做相關解調；b、從早遲支路輸出的解擴后的IQ兩路信號，通過導頻信號抽取電路將導頻信號從每個時隙中抽取出來，與導頻圖案發生器產生的導頻圖案相乘去調制；c、去調制后的導頻信號進行累加后再求IQ兩路絕對值之和；d、經比較得出相位差值指示；e、相位差值指示經環路濾波后通過相位控制器輸出本地碼地址，該本地碼地址驅動本地碼字發生器產生本地碼字再進入早中遲相關器，完成跟蹤環路的閉環控制。2.根據權利要求1所述的一種含有導頻信道碼分多址通信系統中的跟蹤方法，其特征在于，所述的各相關器由輸人數據IQ兩路和本地碼字IQ兩路復乘積分構成，積分長度為擴頻因子與超采樣碼率的乘積。3.根據權利要求1所述的一種含有導頻信道碼分多址通信系統中的跟蹤方法，其特征在于，所述的將導頻信號從解擴后的信號中抽取出來，與導頻圖案相乘去調制后形成的導頻信號基本同相。4.根據權利要求1或3所述的一種含有導頻信道碼分多址通信系統中的跟蹤方法，其特征在于，所述的相干累加是指將基本同相的導頻信號作相干累加。5.根據權利要求1所述的一種含有導頻信道碼分多址通信系統中的跟蹤方法，其特征在于，所述的相位差值指示為當早路絕對和大于遲路絕對和時，比較器輸出“1”；當早路絕對和等于遲路絕對和時，比較器輸出“0”；當早路絕對和小于遲路絕對和時，比較器輸出“-1”。6.一種實現上述方法的裝置，包括延時模塊、相關器、本地碼字發生器、相位調節器、環路濾波器；所述的延時模塊為早路、遲路兩個半個碼片延時模塊；所述的相關器為早路相關器、中路相關器和遲路相關器；輸入的原始數據送到早路相關器，同時送到早路半個碼片延時模塊；經該早路半個碼片延時模塊延時后再送到遲路半個碼片延時模塊，同時送到中路相關器；經該遲路半個碼片延時模塊延時后的數據送到遲路相關器；所述環路濾波器、相位調節器和本地碼字發生器及三個相關器順序連接；其特征在于，還包括早路、遲路導頻抽取模塊，早路、遲路相干加模塊，早路、遲路求絕對和模塊，支路比較模塊，導頻圖案發生器以及與該導頻圖案發生器連接的遲路乘法器、與遲路乘法器連接的早路乘法器；從早路相關器輸出的數據順序與早路導頻抽取模塊、早路乘法器、早路相干加模塊和早路求絕對和模塊相連接，從遲路相關器輸出的數據順序與遲路導頻抽取模塊、遲路乘法器、遲路相干加模塊和遲路求絕對和模塊相連接；從早路、遲路求絕對和模塊輸出的兩路絕對值之和再送到支路比較器得到的相位差值指示再輸送到所述環路濾波器，經環路濾波器濾波的信號再順序與相位調節器和本地碼字發生器連接及至順序輸送到三個相關器，形成環路跟蹤。7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的早路、遲路延時模塊可以采用環型存儲器實現，其輸出抽頭的間隔為輸出數據的時延。8.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的早路、遲路導頻抽取模塊可由通斷門實現，由已知的時隙結構來控制門的通斷，導頻位置時開通，其余位置關斷。9.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的導頻圖案發生器輸出的信號為導頻圖案。10.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的早路、遲路相干加模塊將相鄰的若干去調制的導頻復數相加，提升信噪比。11.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的早路、遲路求絕對和模塊完成求I、Q兩路絕對值之和的過程。12.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的支路比較模塊比較早、遲支路的絕對和，當早路絕對和大于遲路絕對和時，比較器輸出“1”；當早路絕對和等于遲路絕對和時，比較器輸出“0”；當早路絕對和小于遲路絕對和時，比較器輸出“-1”。13.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的環路濾波模塊可采用PLL鎖相環中的普通環路濾波器。14.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的相位調節模塊根據環路濾波后的相位差值，調節本地碼字的地址，驅動碼字發生器產生本地碼字。全文摘要一種含有導頻信道碼分多址通信系統中的跟蹤方法及裝置,采用延時鎖定環(DLL)結構,用三個相關器構成早中遲三個支路,從早遲支路輸出解擴后的信號先通過導頻信號抽取電路將導頻信號從每個時隙中抽取出來,與導頻圖案相乘去調制,相干累加后再求絕對和(IQ兩路絕對值之和)。比較早遲支路的絕對和,得出相位差值指示,經環路濾波后控制本地碼字相位以完成跟蹤。本發明易于實現,可節省硬件資源,且能去除信道衰落等乘性干擾對跟蹤的影響。文檔編號H04J13/00GK1301090SQ9912428公開日2001年6月27日申請日期1999年12月21日優先權日1999年12月21日發明者盧建民申請人:華為技術有限公司