CN109347516B - 一种动态自适应多径查找方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态自适应多径查找方法，属于无线通信技术领域，解决了现有的多径搜索方法会受到信道的时变性的影响从而导致搜索正确率不高的问题。本发明在每一径信号中采用动态自适应门限进行多径估计及查找，相比于现有技术中采用固态门限的方法，最终得到的误码率有显著减小，查找得到的多径更加稳定，从而有效降低了信道的时变性对多径搜索的影响。

Description

一种动态自适应多径查找方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种动态自适应多径查找方法的设计。

背景技术

在无线通信***中，由于城市建筑物、地形地貌等的影响，电磁波在无线信道的传输中会产生折射、反射、散射等，从而使得同一发射信号从不同的路径到达接收端，拥有不同的时延和相位，进而使得接收信号出现起伏和衰落。由于多径信号的相位不同，它们可能相互叠加，也可能互相抵消，从而会对解调器的正确输出产生影响，导致误码率增加。因此，在无线通信中通常采用多径分集接收的Rake接收机。

Rake接收机是由Price和Green在1958年提出来的，是CDMA(Code DivisionMultiple Access，码分多址)***的关键技术。由于CDMA***中码片宽度和扩频的带宽成反比，因此，当多径信号的时延超过一个码片，在接收端我们可以对它们分别进行解调，然后将解调后的信号再进行合并并进行判决。

Rake接收机通过对多径信号进行分离来排除其他路径的干扰，进而实现多径分集，并通过鉴别、收集多径信号，来实现多径分集接收的功能。Rake接收机主要包括多径搜索、信道估计和多径合并等模块，通过对每一条径进行时延补偿、相位补偿，然后对输出进行叠加，从而达到增强输出，降低误码率的效果。由于Rake接收机要对每一条径进行操作，因此关于多径的正确查找至关重要，多径搜索模块主要依赖伪随机码的相关特性来进行多径查找。

对于Rake接收机，在进行最大比合并之前要对每一径单独进行处理，因此多径搜索模块是Rake接收机中极其重要的部分。多径搜索模块必须准确的找到不同径所对应的时延，并且要随着时间更新搜索结果，以保证每一径的正确性，降低***的误码率。

时延估计是通过相关器来完成的，目前现有的时延估计方法中，通常将相关器输出对应的L个最大幅度值相关的L个时延直接作为时延来分配给Rake接收机对应的L个“搂耙”(即补偿判决模块)，这样可能会错误的把一个纯噪声的多径作为信号分配给Rake接收机对应的“搂耙”。这种错误不仅浪费了***资源，还降低了接收机的***性能。

为了修正上述错误，相关人员提出了通过设置门限来降低错误路径的概率，通过估计噪声的方差σ²，将门限值设置为kσ²。由于相关器输出端的噪声服从Relay分布，所以检测到错误路径的概率和σ以及k值相关。因此，正确查找多径本质上就是设置一个合理的门限值。

然而现有的多径搜索方法对噪声的方差σ²进行估计后，通常会设置一个固定的门限值，将相关器输出大于该门限的信号所对应的时延分配给Rake接收机对应的“搂耙”。但是，由于噪声的影响，大于该固定门限的信号可能是由于噪声的叠加差生的。因此这种多径搜索方法会受到信道的时变性的影响，搜索正确率不高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的多径搜索方法会受到信道的时变性的影响从而导致搜索正确率不高的问题，提出了一种动态自适应多径查找方法，通过对门限进行动态的设置，从而降低信道的时变性对多径搜索的影响。

本发明的技术方案为：一种动态自适应多径查找方法，包括以下步骤：

S1、在扩频通信***的信道中对发送端信号进行处理，得到接收端信号。

S2、将接收端信号输入扩频通信***接收端的相关器中，并将相关器输出幅度最大的一径信号作为基准信号。

S3、根据每一径信号与基准信号之间的衰落系数比值设置该径的门限值。

S4、在扩频通信***接收端筛选出相关器输出幅度值大于门限值的多径信号，并根据每一径信号幅度值出现的位置和相关器理论峰值位置的偏差确定其对应的时延，完成多径查找。

进一步地，步骤S1包括以下分步骤：

S11、在扩频通信***的信道中对发送端信号的每一径信号分别叠加高斯白噪声。

S12、对每一径叠加高斯白噪声的信号进行不同的时延处理。

S13、对每一径时延处理后的信号叠加不同的相位偏移。

S14、将每一径叠加相位偏移后的信号乘以不同的衰落系数，得到接收端信号。

进一步地，步骤S3中每一径的门限值的计算公式为：

P_l＝(α_l-β_l)P₀

式中P_l表示第l条径的门限值，α_l表示第l条径信号与基准信号之间的衰落系数比值，即k_l为第l条径信号的衰落系数，k₀为基准信号的衰落系数，β_l为高斯白噪声影响系数，且β_l∈[0.2,0.4]，P₀表示基准信号的幅度。

本发明的有益效果是：本发明在每一径信号中采用动态自适应门限进行多径估计及查找，相比于现有技术中采用固态门限的方法，最终得到的误码率有显著减小，查找得到的多径更加稳定，有效降低了信道的时变性对多径搜索的影响。

附图说明

图1所示为本发明实施例提供的一种动态自适应多径查找方法流程图。

图2所示为本发明实施例提供的扩频通信***结构框图。

图3所示为本发明实施例提供的固定门限多径查找结果示意图。

图4所示为本发明实施例提供的动态自适应门限多径查找结果示意图。

具体实施方式

现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。

本发明实施例提供了一种动态自适应多径查找方法，如图1所示，包括以下步骤S1～S4：

S1、在扩频通信***的信道中对发送端信号进行处理，得到接收端信号。

本发明实施例中，扩频通信***如图2所示，主要包括了发送端、信道以及接收端，其中每一帧信号包括了5104个数据和16个导频，采用10倍的循环扩频码。本发明实施例旨在说明在信道以及接收端进行动态自适应多径查找的具体方法，扩频通信***的其余信号处理过程(例如发送端的信号调制以及接收端的信号解调)属于本领域的公知常识，在此不再赘述。

在现有的Rake接收机中，只需要估计出能量较强的L条径的时延即可。而在传统的多径搜索模块中，对接收端收到的信号进行相关后找出幅度值最大的L个，将其对应的时延视为多径搜索需要找出的时延。但是，由于信道噪声的存在，幅度值大可能是由于信道噪声的相关造成的。在设置一个固定门限后，由于信道的时变性，也会造成多径时延估计错误。因此在本发明实施例中提出一种自适应的多径查找方法。

步骤S1包括以下分步骤S11～S14：

S11、在扩频通信***的信道中对发送端信号的每一径信号分别叠加高斯白噪声。

S12、对每一径叠加高斯白噪声的信号进行不同的时延处理。

S13、对每一径时延处理后的信号叠加不同的相位偏移。

S14、将每一径叠加相位偏移后的信号乘以不同的衰落系数，得到接收端信号。

最终得到的接收端信号y[n]表示为：

其中n表示不同时刻，x[n]表示发送端信号，N表示信道中多径的总数，k_l表示第l条径的衰落系数，τ_l表示第l条径的时延，θ_l表示第l条径的相位偏移，N_l[n]表示第l条径叠加的高斯白噪声。

S2、将接收端信号输入扩频通信***接收端的相关器中，并将相关器输出幅度最大的一径信号作为基准信号。

接收端信号经过相关器后，可表示为：

其中R_y[τ]表示相关器输出信号，τ为相关器输出幅度，N₀为相关器码片总数，x^*[n]表示扩频后的导频序列信号，当τ＝τ_l时，相关器有最大输出，即：

根据公式(2)和公式(3)可知，每一径信号的输出幅度和衰落系数k_l相关，因此本发明实施例中，选取相关器输出幅度最大的一径信号作为基准信号，并通过每一径衰落系数k_l和基准信号对应的衰落系数k₀之间的相对关系来作为该径的判决门限。

S3、根据每一径信号与基准信号之间的衰落系数比值设置该径的门限值。

每一径的门限值的具体计算公式为：

P_l＝(α_l-β_l)P₀ (4)

式中P_l表示第l条径的门限值，α_l表示第l条径信号与基准信号之间的衰落系数比值，即k_l为第l条径信号的衰落系数，k₀为基准信号的衰落系数，β_l为高斯白噪声影响系数，且β_l∈[0.2,0.4]，本发明实施例中，由于考虑到每一径幅度值还受到每一径的高斯白噪声的影响，因此在门限值计算公式中加入了高斯白噪声影响系数β_l，P₀表示基准信号的幅度。

例如，若基准信号的衰落系数k₀＝0.9，第一径信号的衰落系数k₁＝0.75，则衰落系数比值将其带入公式(4)可设置第一径信号的门限值P₁＝0.6P₀。

S4、在扩频通信***接收端筛选出相关器输出幅度值大于门限值的多径信号，并根据每一径信号幅度值出现的位置和相关器理论峰值位置的偏差确定其对应的时延，再将每一径的时延分配给Rake接收机对应的“搂耙”，即可完成多径查找。

本发明实施例中，采用50个码片的相关器进行相关，因此理论上没有时延时峰值出现的位置应该为50。这样，通过相关器输出幅度值的位置减去50得到的就是对应每一径的时延。

下面以一个具体实验例来对本发明效果作进一步说明。

首先采用现有技术的方式来选定一个固定的门限值，在simulink模块LocalMaxima中设置门限值，由此可以得到估计到的多径时延，如图3所示。图3中从上往下分别估的是时延为0、5、8的径。由于采用固定门限值，有时候相关器的输出超过门限可能是由于噪声引起的，所以会产生时延估计错误或者估计为其他径的时延。图3中的第三径，在理想情况下时延应该一直为8，但是由于信道噪声等原因使得会产生估计为24的情况，即估计为另一径的情况，这种情况在仿真的1s时间内出现了8次。

而当采用本发明所提出的一种动态自适应多径查找方法时，查找结果如图4所示，通过与图3对比，可以发现采用固定门限值估计出来的第三径没有采用动态自适应门限值估计出来的稳定。并且，采用两者最终得到的误码率也不同，在运行5s中的情况下，采用固定门限值的误码率为1.961e^-06，而采用动态自适应门限的误码率为3.922e^-07。因此，本发明相比于现有技术中采用固态门限的方法，最终得到的误码率有显著减小，查找得到的多径更加稳定，有效降低了信道的时变性对多径搜索的影响。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种动态自适应多径查找方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在扩频通信***的信道中对发送端信号进行处理，得到接收端信号；

S2、将接收端信号输入扩频通信***接收端的相关器中，并将相关器输出幅度最大的一径信号作为基准信号；

S3、根据每一径信号与基准信号之间的衰落系数比值设置该径的门限值；

S4、在扩频通信***接收端筛选出相关器输出幅度值大于门限值的多径信号，并根据每一径信号幅度值出现的位置和相关器理论峰值位置的偏差确定其对应的时延，完成多径查找；

所述步骤S3中每一径的门限值的计算公式为：

P_l＝(α_l-β_l)P₀

式中P_l表示第l条径的门限值，α_l表示第l条径信号与基准信号之间的衰落系数比值，即k_l为第l条径信号的衰落系数，k₀为基准信号的衰落系数，β_l为高斯白噪声影响系数，且β_l∈[0.2,0.4]，P₀表示基准信号的幅度。

2.根据权利要求1所述的动态自适应多径查找方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下分步骤：

S11、在扩频通信***的信道中对发送端信号的每一径信号分别叠加高斯白噪声；

S12、对每一径叠加高斯白噪声的信号进行不同的时延处理；

S13、对每一径时延处理后的信号叠加不同的相位偏移；

S14、将每一径叠加相位偏移后的信号乘以不同的衰落系数，得到接收端信号。