CN100534020C - 多径搜索设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是一种二维结构(时间和空间)的多径搜索设备，其中在传统多径搜索设备中采用了一种波束形成技术，该设备减少了接口，改善了传统多径搜索设备的性能，并且有效减少了MAI，这样不仅增加了基站的传输性能，还增加了小区覆盖。

Description

多径搜索设备及其方法

背景技术

技术领域

本发明涉及一种码分多址(CDMA)***的接收设备，特别涉及一种多径搜索***和方法。

相关技术说明

码分多址(CDMA)是一种通过频谱共享部分同时传送信号的方法。例如，CDMA的最初应用是来自QUALCOMM的数字蜂窝电话技术，工作在800MHz频带和1.9GHz的PCS频带。

在CDMA***中，消除自身信号的多径衰落所产生的码片间干扰(ICI)是非常重要的。为了增加***容量并改善呼叫质量，减少多址干扰(MAI)也是很重要的。为了减少ICI，通常使用一种瑞克接收机(rake receiver)。为了减少MAI，可使用一种利用了阵列天线的波束形成方法。

智能天线***只接收从所需方向上发送的信号，并抑制从其它方向上发送的其它信号。这种选择性接收方案减少了MAI，从而增加了基站的信道容量。通过使用多个装配的天线设备，智能天线***控制在每个天线设备上接收到的信号的增益和相位。

智能天线分为：一种多波束波束形成方法，用于固定天线模式；和一种自适应波束波束形成方法，用于根据时间和通信环境改变天线模式。多波束波束形成方法也被称为固定波束波束形成方法。

在DS-CDMA通信***的典型接收机中，瑞克接收机与天线关联。瑞克接收机分配触头(finger)给一信号路径，所述信号是搜索到的多个信号中能量超过阈值的信号。这时，为了分配触头给每个信号的路径，提供了一种相应路径的码定时。为了同步码定时，使用多径搜索器。

为了同步码定时，传统多径搜索器进行搜索窗大小的扩展，并得到了扩展信号的能量。然后，多径搜索器把具有最大能量值的信号Z_max和一阈值比较。这里，如果信号Z_max的能量大于阈值，那么就把信号Z_max设定为多径搜索器的判定变量。每当时隙数据被接收时都要重复进行所述处理。

为了减少ICI，传统技术中在瑞克接收机上应用了一种天线分集的方法。将来，在WCDMA中采用这种使用天线分集方法的瑞克接收机具有很大的可能性。然而，天线分集方法需要在天线之间设置预定的距离。另外，在具有很多用户的通信环境下，天线分集的方法并不能有效减少MAI。

发明内容

根据一个或多个实施例，本发明的目的是提供一种多径搜索***和方法，所述***和方法在传统多径搜索器上应用了一种波束形成智能天线技术。

根据一个或多个实施例，多径搜索设备包括解扩接收到的I和Q信号的解扩单元；累加解扩后的I和Q信号的累加器；对累加的I和Q信号形成波束的波束形成单元；分别在I和Q信号的多个能量值的能量检测单元；和一个控制单元，用于比较所述能量值中的最大值和一个阈值，且如果该最大能量值大于所述阈值，那么就设定该最大能量值的相应信号作为判断变量。

波束形成单元包括多个波束形成装置和多个天线，其中波束形成单元包括与多个天线一样多的多个波束形成装置。在一些实施例中，波束形成装置是一种切换波束形成装置，并且多个波束形成装置并行排列。

例如，波束形成装置包括多个固定波束波束形成器，其中每个波束形成装置就包括多个固定波束波束形成器，其中多个固定波束波束形成器的数量等于天线的数量。

在某一实施例中，用I信号的预定加权向量乘以一累加I信号，用Q信号的预定加权向量乘以一累加Q信号，通过把前一个相乘获得的值加到后一个相乘获得的值，那么至少一个固定波束波束形成器输出成形波束I信号。用Q信号的预定加权向量乘以一个累加I信号，用I信号的预定加权向量乘以一个累加Q信号，通过把前一个相乘获得的值加到后一个相乘获得的值，那么至少一个固定波束波束形成器输出成形波束Q信号

至少一个固定波束波束形成器基于以下式子获得所述成形波束I信号

和所述成形波束Q信号

$b_I^{(X,p-1)}=Y_I\×W_I^{(X,p-1)}\left(\mathrm{\θ}\right)+Y_Q\×W_Q^{(X,p-1)}\left(\mathrm{\θ}\right);(X=\mathrm{0,1,2,3},\·\·\·,P-1)$

$b_Q^{(X,p-1)}=Y_I\×W_Q^{(X,p-1)}\left(\mathrm{\θ}\right)+Y_Q\×W_I^{(X,p-1)}\left(\mathrm{\θ}\right);(X=\mathrm{0,1,2,3},\·\·\·,P-1)$

其中表示第P个波束形成装置包括的第X个固定波束波束形成器的I信号的加权向量，

表示第P个波束形成装置包括的第X个固定波束波束形成器的Q信号的加权向量。

例如，一个波束形成装置分别相加从固定波束波束形成器输出的成形波束I信号和成形波束Q信号，以分别生成累计I信号和累计Q信号。所述至少一个波束形成装置分别输出累计I信号和累计Q信号。

依照另一个实施例，一种多径搜索方法，包括：解扩接收到的I和Q信号；分别累加解扩的I和Q信号；通过多个波束形成装置分离累加的I/Q信号；为分离的I/Q信号进行波束形成；检测成形波束信号的能量，以发现最大的能量值；与阈值比较检测的最大能量值；如果最大能量值大于该阈值，则将所述最大能量值的对应信号设定为判定变量。

通过多个天线接收I和Q信号，并且其中波束形成装置的数目等于天线的数目。多个波束形成装置并行排列。波束形成装置是一种切换波束形成装置。每个波束形成装置包括多个固定波束波束形成器。

根据本发明的一个实施例，其中至少一个波束形成装置包括与天线数量大约相同的固定波束波束形成器。用I信号的预定加权向量乘以一累加I信号，用Q信号的预定加权向量乘以一累加Q信号，通过把前一个相乘获得的值加到后一个相乘获得的值，那么每个固定波束波束形成器就输出成形波束I信号。

在某些实施例中，用Q信号的预定加权向量乘以一累加I信号，用I信号的预定加权向量乘以一累加Q信号，通过把前一个相乘获得的值加到后一个相乘获得的值，那么至少一个固定波束波束形成器输出成形波束Q信号。至少一个波束形成装置分别相加从固定波束波束形成器输出的成形波束I信号和成形波束Q信号，至少一个波束形成装置分别输出累计的I信号和累计的Q信号。

附图说明

所附附图被包含在此，以提供对本发明的更进一步的理解，并入到说明书中并构成本说明书的一部分，描述了本发明实施例，并和对应的说明一起来解释本发明的原理。

图1A是根据本发明的一个实施例的一种多径搜索设备结构图；

图1B是图1A中切换波束形成器的结构图；和

图2是根据本发明的一个实施例的一种多径搜索方法的流程图。

根据一个或多个***的实施例，在不同图中使用的相同数字表示的本发明的功能部件、元件和特征都表示一样、等价或类似的功能部件、元件和特征。

具体实施方式

参照图1A，根据一个实施例，根据本发明的多径所搜设备包括：解扩模块100，累加器140和160；波束形成单元200；能量检测单元300，和控制单元400。解扩模块100为输入信号(R_X_I，R_X_Q)执行一解扩操作，而累加器140和160分别累加解扩的I/Q信号。

波束形成单元200位于解扩模块100和能量检测单元300之间，执行波束形成操作。在一个实施例中，波束形成单元200包括一个或多个切换波束形成器250。例如，如果***包括并行排列的P个天线，那么就分别使用P个波束形成器250。每个切换波束形成器250包括多个固定波束波束形成器(图1B)。在特定实施例中，每个波束形成器可以包括P个天线。

在某些实施例中，波束形成方法用于自然扩展基于傅立叶变换的频谱分析，扩展到配置的天线上。所述方法通过给天线上的特定关联信号提供一个大加权值，来最大化一个输出值，改善了信号的噪声比。这就是说，波束形成单元用集中到天线中的信号乘以不同的加权值，然后再相加，这样抑制了非期望方向上的信号，从而充当了空间滤波器。

能量检测单元300用于获得信号的能量，分别平方通过波束形成单元200的I/Q信号，并把它们相加。控制单元400获得在检测到的信号Z⁰～Z^P-1中能量值最大的信号Z_max。控制单元400把信号Zmax与一个阈值比较，如果信号Zmax的能量大于该阈值，那么信号Zmax就被设定为多径搜索设备的判定变量。例如，每当时隙数据被接收时所述处理被重复执行。

参照图2，根据本发明一个实施例的一种多径搜索方法包括，为输入的I和Q信号进行解扩，分别累加解扩的I和Q信号(S10)；通过多个波束形成装置250分离解扩的I/Q信号，并为分离的I/Q信号进行波束形成(S20)；检测成形波束信号的能量(S30)；与阈值比较检测的最大能量值(S40)；及如果最大能量值大于所述阈值，那么就设定该最大能量值对应的信号作为判定变量。

根据本发明的多径搜索设备，在传统多径搜索器上使用了一种固定多波束形成方法和一种智能天线技术。为了消除仍存在于解扩信号中的干扰成分，多径搜索设备通过按顺序解扩、波束形成和能量检测来处理接收的信号。

在一个实施例中，为了改善传统多径搜索设备的执行操作，及消除仍存在于解扩信号中的干扰成分，在解扩模块和能量计算设备之间使用了切换波束形成器(或多波束波束形成器)。

下面更详细解释根据本发明的多径搜索设备的操作。根据一个实施例，集中到每个天线的信号经过RF信号处理设备(没有示出)和A/D转换器(没有示出)。信号被转换成在接收设备中可处理的数字信号(I/Q信号)，然后输入到多径搜索设备的解扩模块100。

解扩模块100分别为输入的I/Q信号进行解扩，并且解扩的I/Q信号分别被同步和累加。然后，分别把累加的I/Q信号发送到波束形成单元200。发送到波束形成单元200的I/Q信号被分离到每个切换波束形成器250(0～P-1)，及每个切换波束形成器250用相应于不同方向的加权向量乘以发送的I/Q信号，从而进行一波束形成。

每个切换波束形成器250的波束形成操作可以用以下公式表示。如果累加的I和Q信号分离到每个切换波束形成器250中，那么就用I信号的预定加权向量W_I(θ)乘以一个累加I信号(YI)，用Q信号的预定加权向量W_Q(θ)乘以一个累加Q信号(YQ)，通过把前一个相乘获得的值加到后一个相乘获得的值，切换波束形成器250的每个固定波束波束形成器输出一个成形波束I信号(bI)，及用Q信号的预定加权向量W_Q(θ)乘以一个累加I信号(YI)，用I信号的预定加权向量W_I(θ)乘以一个累加Q信号(YQ)，通过把前一个相乘获得的值加到后一个相乘获得的值，输出一个成形波束Q信号(bQ)。

在一些实施例中，每个波束形成装置分别相加从固定波束形成器中输出的成形波束I信号和成形波束Q信号，并且分别输出相加的I信号和相加的Q信号。例如，切换波束形成器的操作可以如下表示。下面公式用于P-1^th切换波束形成器的操作。

[公式]

I信号

$b_I^{(0,p-1)}=Y_I\×W_I^{(0,p-1)}\left(\mathrm{\θ}\right)+Y_Q\×W_Q^{(0,p-1)}\left(\mathrm{\θ}\right)$

$b_I^{(1,p-1)}=Y_I\×W_I^{(1,p-1)}\left(\mathrm{\θ}\right)+Y_Q\×W_Q^{(1,p-1)}\left(\mathrm{\θ}\right)$

$b_I^{(p-1,p-1)}=Y_I\×W_I^{(p-1,p-1)}\left(\mathrm{\θ}\right)+Y_Q\×W_Q^{(p-1,p-1)}\left(\mathrm{\θ}\right)$

$B_I^{(p-1)}=\underset{X=0}{\overset{p-1}{\mathrm{\Σ}}}{b}_I^{(X,p-1)}=b_I^{(0,p-1)}+b_I^{(1,p-1)}+\·\·\·+b_I^{(p-1,p-1)}$

Q信号

$b_Q^{(0,p-1)}=Y_I\×W_Q^{(0,p-1)}\left(\mathrm{\θ}\right)+Y_Q\×W_I^{(0,p-1)}\left(\mathrm{\θ}\right)$

$b_Q^{(1,p-1)}=Y_I\×W_Q^{(1,p-1)}\left(\mathrm{\θ}\right)+Y_Q\×W_I^{(1,p-1)}\left(\mathrm{\θ}\right)$

$b_Q^{(p-1,p-1)}=Y_I\×W_Q^{(p-1,p-1)}\left(\mathrm{\θ}\right)+Y_Q\×W_I^{(p-1,p-1)}\left(\mathrm{\θ}\right)$

$B_Q^{(p-1)}=\underset{X=0}{\overset{p-1}{\mathrm{\Σ}}}{b}_Q^{(X,p-1)}=b_Q^{(0,p-1)}+b_Q^{(1,p-1)}+\·\·\·+b_Q^{(p-1,p-1)}$

切换波束形成器250的输出信号(I/Q信号)分别发送到能量检测单元300。能量检测单元300检测发送的I/Q信号的能量。能量检测单元300的输出信号Z⁰～Z^P-1，也就是，由每个切换波束形成器250输出的I/Q信号产生的信号能量值，被分别平方，并彼此相加。

控制单元400得到一信号Z_max，在能量检测单元300的输出信号Z⁰～Z^P-1中该信号具有最大能量值，然后该信号Z_max与一阈值比较。如果信号Z_max的能量大于所述阈值，控制单元400设定该信号Z_max作为多径搜索设备的判定变量。例如，重复执行所述处理，直到时隙数据被接收。

根据本发明的一个实施例，本发明是一种二维结构(时间和空间)的多径搜索设备。在传统多径搜索设备中应用了一种波束形成技术。本发明减少了干扰，并改善了传统多径搜索设备的性能。并且，本发明能有效减少MAI，由此不仅增加了基站的容量，还增加了小区的覆盖。

上面描述的实施例考虑到了各方面，仅作为示意性说明，而没有以任何方式进行限制。这样，其它提供本发明各方面的代表性的实施例、***结构、平台和实现都可以利用，但并不脱离这里描述的本质特征。这些和实施例公开特征的各种其它改变和组合都在本发明的范围之内。本发明通过权利要求书及其等效的全部范围进行限定。

Claims (18)

1.一种多径搜索设备，其特征在于，包括：

解扩接收到的I和Q信号的解扩单元；

累加解扩后的I和Q信号的累加器；

成束所述累加后的I和Q信号的波束形成单元；

分别检测所述成束后的I和Q信号的能量值的能量检测单元；和

控制单元，用于将所述能量值中的最大值与阈值进行比较，并且如果所述最大能量值大于所述阈值，则设定所述最大能量值对应的信号作为判定变量。

2.如权利要求1的所述设备，其特征在于，波束形成单元包括多个波束形成装置，其中每个波束形成装置分别成束所述累加后的I和Q信号。

3.如权利要求2所述的设备，还包括多个天线，其特征在于，波束形成单元包括与多个天线一样多的波束形成装置。

4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，波束形成装置是一种切换波束形成装置。

5.如权利要求2所述的设备，其特征在于，多个波束形成装置并行排列。

6.如权利要求2所述的设备，其特征在于，每个波束形成装置包括多个固定波束波束形成器，每个波束形成装置分别相加从固定波束波束形成器输出的成形波束I信号和成形波束Q信号，以分别产生一累加I信号和一累加Q信号。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，多个固定波束波束形成器的数量等于天线的数量。

8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，用I信号的预定加权向量乘以一累加I信号，用Q信号的预定加权向量乘以一累加Q信号，通过把前一个相乘值加到后一个相乘值，每个固定波束波束形成器输出一成形波束I信号，并且用Q信号的预定加权向量乘以一累加I信号，用I信号的预定加权向量乘以一累加Q信号，通过把前一个相乘值加到后一个相乘值，每个固定波束波束形成器输出一成形波束Q信号。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，基于以下公式，每个固定波束波束形成器得到所述成形波束I信号

和所述成形波束Q信号

其中表示第P个波束形成装置包括的第X个固定波束波束形成器的I信号的加权向量，

表示第P个波束形成装置包括的第X个固定波束波束形成器的Q信号的加权向量。

10.如权利要求6所述的设备，其特征在于，每个波束形成装置分别输出所述累加I信号和累加Q信号。

11.一种多径搜索方法，其特征在于，包括：

解扩接收的I和Q信号；

分别累加解扩后的所述I和Q信号；

通过多个波束形成装置分离累加后的I/Q信号；

为分离的I/Q信号进行波束形成；

检测成形波束信号的能量值，以发现一最大能量值；

与一阈值比较检测的最大能量值；和

如果该最大能量值大于所述阈值，则设定该最大能量值对应的信号作为判定变量。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，通过多个天线接收I和Q信号，及其中波束形成装置的数量等于天线的数量。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，多个波束形成装置并行排列。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，波束形成装置是一种切换波束形成装置。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，每个波束形成装置包括多个固定波束波束形成器，每个波束形成装置分别相加从固定波束波束形成器输出的成形波束I信号和成形波束Q信号，以分别产生一累加I信号和一累加Q信号。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，多个固定波束波束形成器的数量等于天线的数量。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，用I信号的预定加权向量乘以一累加I信号，用Q信号的预定加权向量乘以一累加Q信号，通过把前一个相乘值加到后一个相乘值，每个固定波束波束形成器输出一成形波束I信号，并且用Q信号的预定加权向量乘以一累加I信号，用I信号的预定加权向量乘以一累加Q信号，通过把前一个相乘值加到后一个相乘值，每个固定波束波束形成器输出一成形波束Q信号。

18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，每个波束形成装置分别输出所述累加I信号和累加Q信号。

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