CN1492610A - 码分多址***中的多径搜索方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种码分多址***中的多径搜索方法，该方法在现有的多径搜索方法的基础上增加了信号突变检测环节，在获得各个采样相位信号能量累加结果后，依据该结果判断是否存在信号突变，如果存在，设置较小的滤波器系数，否则设置较大的滤波器系数；采用上述方案，使得本发明在搜索出与传统方法同样强度的多径的前提下，可以获得对生灭信道多径搜索的快速性，可以有效地确定各相位信号的多径出现或消失模式，因此能够有效地选择滤波系数α，使得多径搜索达到快速性与稳定性的统一。

Description

码分多址***中的多径搜索方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通讯***的接收同步方法与装置，尤其是码分多址(CDMA)***的基带接收的同步捕获方法与装置。

背景技术

移动通信中普遍存在多径传输的现象，即信号从发射机发射经过多条传输路径到达接收机。每条径有不同的传输延时，不同的衰落及不同的相位，其多路接收信号混合到达接收机时可造成多径衰落现象。

在CDMA***中，由于码的长度、码的非理想性、***的非完全同步以及噪声等因素的综合影响，实际的多径情况如图1所示。图中示出了信号的各个理想峰值101-106表示多径出现的时间以及强度。而实际中获得的能量随时间变化情况为图样20所示。对于20的情况，多径峰值位置则难以分辨。特别是，对于能量较小的104、106两个峰值，则几乎不可以辨别。而对于一些噪声能量较高的位置，则可能错误地判决出存在多径。

由于CDMA***属于信号相关性要求很高的***，所以其对基站和用户设备(UE)之间的同步性要求很高。当基站发射信号帧头位置和用户设备(UE)接收信号的帧头位置相差1个码片以上时，用户设备则会得到的只是噪声信号，而非期望信息。在目前的CDMA***中一般采用RAKE接收机技术，对时间间隔大于一个码片的多径进行时间分集以及合并，获得更好的接收性能。

目前的CDMA***RAKE接收机结构参考图2。无线信号经过天线31、射频通道32、成形滤波单元33以及下变频单元34的处理得到基带信号，该信号输入RAKE接收机35，由RAKE接收机35将基带信号处理为符号级信号，输出给译码单元36；而译码单元36最终将符号级信号处理为具有实际物理意义的比特数据，输出给以后的单元处理。

RAKE接收机35是CDMA***特有的信号处理设备，其结构图参考图3，它可以利用多径信息获得更大的处理增益。在RAKE接收机35中，多径搜索单元350完成基带信号中各个多径相对时间位置的确定功能，其获得的多径峰值位置(相位)信息输出到多径分配单元351。多径分配单元完成对各个解扩解扰单元3521-352N的初始解调位置分配功能，输出为到各个解扩解扰单元的多径分配命令。各个解扩解扰单元3521-352N完成在确定起始时间位置对基带信号进行解调(解扩解扰)的功能，其输出符号级信号到其对应的多径跟踪单元3531-353N以及自动频率控制单元3541-354N。多径跟踪单元3531-353N完成对相应解扩解扰位置的精细调节功能，输出跟踪控制命令到相应解扩解扰单元。自动频率控制单元3541-354N、信道估计单元3551-355N以及信道补偿单元3561-356N依次连接，共同完成对信号的补偿和校正，其最后输出符号级信号至多径合并单元357。多径合并单元357完成各个多径经补偿信号的合并功能，其输出作为RAKE接收机的输出到后级单元进行处理。

CDMA***的同步一般采用两级同步的方式：多径搜索以及多径跟踪。多径搜索可获得多径的范围大，但是捕获时间长而且时间精度相对较差；多径跟踪处理迅速而且时间精度高，但是其作用时间范围小。通常***利用多径搜索获得多径峰值的粗略位置，利用多径跟踪调节多径相位的精度并且克服一个多径搜索周期内多径峰值可能的移动。

多径搜索单元的一般结构如图4所示。基带信号经解扩解扰单元/单元组41处理后，得到延时功率谱(对应不同时间位置的解扩解扰输出能量)输出到各相位平滑单元42。各相位平滑单元42完成各个对应相位的平滑功能，达到抑制噪声的作用，其输出至峰值滤波器43。峰值滤波器43检测出输入延时功率谱的峰值的位置以及对应能量，输出至门限判决单元/单元组44。门限判决单元/单元组44，判决对应峰值是否为信号的多径位置，如果为多径位置则输出其相位信息，可能门限判决单元/单元组还需要解扩解扰单元/单元组41发送控制信号。

在图4所示的多径搜索单元中，各相位平滑单元42、峰值滤波器43以及门限判决单元/单元组44的处理速度是符号级(或者更慢的速度级别)的，称为后端处理部分；相应解扩解扰单元/单元组41处理速度较快，称为前端处理部分。其中，各相位平滑单元42主要作用是：抑制普遍存在的噪声对多径判决的影响，并且对突发的大的噪声进行限制。目前，各相位平滑单元42采用线性滤波器(FIR：有限冲击响应滤波器或者IIR：无限冲击响应滤波器)。最常用的是一阶IIR滤波器，其结构如图5所示。本部分的输出由输入与滤波器系数1-α的乘积(用乘法器71完成)以及输出经过延时(由延时寄存器73完成)与系数α(用乘法器72完成)的乘积的和(由加法器74进行运算)。该部分的参数为滤波器系数α，系数α较大，则***稳定，虚警概率较低，但是相应对于出现的多径的捕获时间也长；系数α较小，则***灵敏，相应对于出现的多径的捕获时间也短，但是虚警概率也相应较高，虚警会给RAKE接收机的多径合并带来不必要的噪声，容易出现误判，并且浪费解扩解扰单元的资源。

实际环境中，多径的出现以及消失可能多种情况。一种情况是所谓的静态信道，即本相位固定存在多径，只是由于衰落现象，而造成的多径的出现以及消失。对于这种情况，采用系数α较大更加合适。还有一种典型情况是所谓的生灭信道，即原本不存在或存在多径的相位突然出现了较强的多径或多径消失。这种现象一般是由于用户移动离开或进入阴影区域造成的，采用系数α较小利于捕获。由于一般***中无法确定各个相位上的多径出现或消失模式，所以通常采用一种折中的α系数。这样对于不同的多径出现或消失模式均无法达到最好的搜索效果。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种多径搜索效果较好的码分多址***中的多径搜索方法及装置，使用该方法或装置能够有效地确定各相位的多径出现或消失模式，有效地选择滤波器系数，使得多径搜索达到快速性与稳定性的统一。

为达到上述目的，本发明提供的码分多址***中的多径搜索方法，包括：

步骤1：对基带信号进行前端处理，获得信号各个采样相位对应的I、Q两路数据；

步骤2：对步骤1获得的各个采样相位对应的I、Q两路数据分别进行处理，获得各个采样相位信号的能量；

步骤3：对步骤2获得的各个采样相位信号的能量进行后端的非相关累加，获得各个采样相位信号能量累加结果；

步骤4：判断是否存在信号突变，如果存在，设置滤波器系数α＝α1，否则设置滤波器系数α＝α2；

其中：α1是预先确定的数值较小的滤波器系数；α2是预先确定的数值较大的滤波器系数；

步骤5：对步骤3中获得的各个采样相位信号能量累加结果，分别按照采样点对应准则采用步骤4确定的滤波器系数进行滤波，得到各个采样相位对应的滤波后的信号能量；

步骤6：对于步骤5获得的各个采样相位对应的滤波后的信号能量，进行多径位置判决，获得并且输出各个多径的相位信息。

所述步骤步骤4进一步包括：

步骤41：对于步骤3获得的各个采样相位信号能量累加结果，对应各个相位进行差分运算，输出能量差分值；

步骤42：对于步骤41得到的能量差分的绝对值进行阈值判决，如果能量差分的绝对值绝对值大于阈值则α＝α1，否则α＝α2；

本发明提供的另一种码分多址***中的多径搜索方法，包括：

步骤A1：对基带信号进行前端处理，获得信号各个采样相位对应的I、Q两路数据；

步骤A2：对步骤A1获得的各个采样相位对应的的I、Q两路数据分别处理，获得各个采样相位信号的能量；

步骤A3：对步骤A2获得的各个采样相位的能量进行后端的非相关累加，获得各个采样相位信号能量累加结果；

步骤A4：判断是否存在信号突变，如果存在，选择快速但稳定性低的滤波器，否则选择稳定但快速性较差的滤波器；

步骤A5：对步骤A3中获得的各个采样相位信号能量累加结果，分别按照采样点对应准则采用步骤A4确定的滤波器进行滤波，得到各个采样相位对应的滤波后的信号能量；

步骤A6：对于步骤A5获得的各个采样相位对应的滤波后的信号能量，进行多径位置判决，获得并且输出各个多径的相位信息。

本发明提供的码分多址***中的多径搜索装置，包括解扩解扰单元、峰值滤波器、门限判决单元，其特征在于，还包括能量计算单元、非相关累加单元、滤波系数确定单元和各相位滤波单元，其中：

能量计算单元，用于完成对解扩解扰单元输出信号对应的各个相位信号的能量计算，计算结果输入至非相关累加单元；

非相关累加单元，用于完成各信号相位能量的非相关累加，累加结果输出至各相位滤波单元和滤波系数确定单元；

滤波系数确定单元，用于根据非相关累加单元输出的信号确定各相位滤波单元在对应相位使用的滤波系数；

各相位滤波单元，用于根据非相关累加单元输出的对应相位信号和滤波系数确定单元确定的各相位的滤波系数进行各相位信号的滤波。

所述滤波系数确定单元包括差分计算模块、绝对值计算模块和滤波系数选择模块，其中：

差分计算模块，用于从非相关累加单元输出的信号中选取一定数量延时功率谱对应相位信号进行信号能量差分运算，运算结果输出到绝对值计算模块；

绝对值计算模块，用于完成能量差分的绝对值的计算，计算结果输出到滤波系数选择模块；

滤波系数选择模块，用于根据绝对值计算模块以及规定的阈值确定各相位滤波单元需要的对应相位的滤波系数。

所述差分计算模块包括：

减法器，用于完成本次输入信号与前次能量信号的相减操作；

存储器，用于存储前次能量信号；

控制器，用于控制存储器的前次信号数据输出。

由于本发明根据获得的各个采样相位信号能量累加结果判断是否存在信号突变，并根据判断结果选择适合的滤波方式，这使得本发明在搜索出与传统方法同样强度的多径的前提下，可以获得对生灭信道多径搜索的快速性，使得用于一个用户的多径搜索周期变短。对于一个用户而言，这种快速性可以减少多径搜索的周期，增加对突然出现的多径的适应能力。对于多个用户而言，这种快速性使得一个多径搜索单元对多个用户时分复用成为可能，可以降低接收机***总体成本。可见，本发明由于采用了信号突变检测环节，可以有效地确定各相位信号的多径出现或消失模式，因此能够有效地选择滤波系数α，使得多径搜索达到快速性与稳定性的统一。

附图说明

图1是CDMA***中多径信号的示意图；

图2是CDMA***中信号接收机结构图；

图3是图2所示的信号接收机采用的RAKE接收机的结构图；

图4是图3所示的RAKE接收机的多径搜索单元结构图；

图5是图4所示的多径搜索单元采用的一阶IIR滤波器结构图；

图6是本发明所述方法的实施例流程图；

图7是本发明所述装置的实施例结构图；

图8是图7采用的滤波系数确定单元结构图；

图9是图8采用的差分计算模块结构图；

图10是图7采用的各相位滤波单元结构图。

具体实施方式

通过对生灭信道多径的情况分析，可以认为信号多径的出现或消失为信号的一种突然的跳变，可以用阶跃函数表示。对于这种信号的突变可以利用边缘检测方法进行检测。本发明的实质是采用了信号突变检测环节，通过该检测环节，有效地确定各相位的多径出现或消失模式，进而有效地选择滤波系数α，使得多径搜索达到快速性与稳定性的统一。

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图6是本发明所述方法的实施例流程图。按照图6实施本发明，首先在步骤A1对基带信号进行前端处理获得各个采样相位对应的I、Q两路数据，其中每一路包括多个数据，在步骤A2对步骤A1获得的各个采样相位对应的I、Q两路的多个数据分别进行后端的相关累加(可选择累加或者不累加)，获得各个采样相位信号的I、Q两路数据的累加结果，然后在步骤A3对步骤A2获得的各个采样相位信号的I、Q两路累加结果，分别进行I路与Q路信号的平方运算，再将对应各个采样相位信号的两个平方运算后的结果求和得到对应各个采样相位信号的能量；在步骤A4对于步骤A3获得的各个采样相位信号的能量进行后端的非相关累加(可选择累加或者不累加)，获得各个采样相位信号的能量累加结果；接着在步骤A5对于上述步骤A4中的结果，对应各个相位进行差分运算，即用当前能量值减去上一次的能量值，得到能量差分值；在步骤A7对于步骤A6获得的能量差分结果的绝对值进行阈值判决，以判断是否存在信号突变，如果绝对值大于阈值，说明存在信号突变，则在步骤A8选择α1作为滤波系数，即α＝α1，否则说明不存在信号突变，因此在步骤A9选择α2作为滤波系数，即α＝α2；在滤波系数确定后，在步骤A10对于步骤A4获得的各个采样相位信号的能量累加结果，分别按照采样点对应准则进行一阶IIR滤波，滤波器系数即为步骤A8或步骤A9中确定的α，获得各个采样相位信号对应的滤波后的能量；在步骤A11对于步骤A10获得的各个采样相位对应的滤波后的能量，进行多径位置判决，获得各个多径信号的相位信息，最后在步骤A12将上述多径信号的相位信息输出。

上述步骤A8和步骤A9所述的滤波器系数α1、α2的数值本例中由***仿真确定，且α1＜α2。上述步骤A7采用的阈值也是由***仿真确定的。

在上述A7中判断是否存在信号突变时，如果存在信号突变，可以选择快速但稳定性低的滤波器，否则选择稳定但快速性较差的滤波器，使用上述选择好的滤波器在步骤10进行滤波。在选择滤波器时，既可以选择有限冲击响应滤波器(FIR)，也可以选择无限冲击响应滤波器(IIR)。

图7是本发明所述装置的实施例结构图。图7所示的多径搜索装置，包括解扩解扰单元41、峰值滤波器43、门限判决单元44，还包括能量计算单元110、非相关累加单元111、滤波系数确定单元116和各相位滤波单元112，其中：

能量计算单元110，用于完成对解扩解扰单元输出信号对应的各个相位信号的能量计算，计算结果输入至非相关累加单元111；

非相关累加单元111，用于完成各信号相位能量的非相关累加，累加结果输出至各相位滤波单元112和滤波系数确定单元116；

滤波系数确定单元116，用于根据非相关累加单元111输出的信号对应相位确定各相位滤波单元使用的滤波系数；

各相位滤波单元112，用于根据非相关累加单元输出的信号对应相位信号和滤波系数确定单元确定的各相位信号的滤波系数进行信号各相位的滤波，该单元本例为无限冲击响应滤波器(IIR)。

所述滤波系数确定单元116包括差分计算模块113、绝对值计算模块114和滤波系数选择模块115，参考图8。其中：

差分计算模块113，用于从非相关累加单元111输出的信号中选取一定数量延时功率谱对应相位信号进行信号能量差分运算，运算结果输出到绝对值计算模块；

绝对值计算模块114，用于完成能量差分的绝对值的计算，计算结果输出到滤波系数选择模块；

滤波系数选择模块115，用于根据绝对值计算模块以及规定的阈值确定各相位滤波单元需要的对应相位的滤波系数。

解扩解扰单元41完成由基带信号获得各个相位的I、Q两路解调信号功能，输入为***的基带信号，输出各相位第一层低通滤波单元120。

基于上述图7所述的装置，能量计算单元110完成对各相位解扩解扰单元41输出信号对应各个相位的能量计算功能，输入至非相关累加单元111。非相关累加单元111完成各相位能量的相关累加功能，其输入为能量计算单元110的输出，其输出至各相位IIR低通滤波单元112以及差分计算模块113。各相位IIR低通滤波单元112完成选取一定数量延时功率谱对应相位根据滤波系数确定单元115的输出，进行IIR滤波，滤波后的延时功率谱输出至峰值滤波器43，由峰值滤波器43滤波后的延时功率谱，输出峰值的相位与能量至门限判决单元44完成峰值判决。门限判决单元44完成根据峰值能量以及计算的阈值门限判决分时位置是否为多径位置的功能，其输入为峰值相位与能量以及计算得到的阈值门限，其输出为多径相位到本实施例多径搜索器之外，以及到前端处理的解扩解扰单元41。

图9是图8采用的差分计算模块结构图。图9中，减法器120完成本次输入信号与前次能量信号相减(计算差分)工作。其中，前次能量信号存储于随机存储器RAM121中，其地址以及读写控制信号分别由地址产生单元122以及控制单元123产生。控制单元123同时也产生地址产生单元122所需的地址控制信号。上述地址产生单元122和控制单元123共同构成了差分计算模块113的控制器。

减法器120完成输入信号与存储在RAM121中的对应相位前次能量信号的差分(减法)运算功能，输入为输入信号以及前次能量信号，输出差分信号作为***输出。RAM(121)完成在地址产生单元122以及控制单元123控制下，存储以及输出各个相位对应的前次能量信号的功能，输入为地址产生单元122读写地址信号以及控制单元123的控制信号，输出前次能量信号至减法器120。地址产生单元122完成在控制单元123的控制下，产生RAM121对应读写地址的功能，输入为控制单元123的控制信号，输出读写地址信号至RAM121。

控制单元123完成对整个***的时序控制功能，输出控制信号至RAM121和地址产生单元122。

图10是图7采用的各相位滤波单元结构图。图7中，各相位IIR低通滤波单元112的输出由输入能量与滤波器系数α的乘积(用乘法器71完成)以及输出经过延时(由延时寄存器73完成)与系数1-α(由加法器130计算)的积(用乘法器72完成)的和(由加法器74进行运算)，减法器130完成计算1-α的功能。

Claims (8)

1、一种码分多址***中的多径搜索方法，包括：

步骤1：对基带信号进行前端处理，获得信号各个采样相位对应的I、Q两路数据；

步骤2：对步骤1获得的各个采样相位对应的I、Q两路数据分别进行处理，获得各个采样相位信号的能量；

步骤3：对步骤2获得的各个采样相位信号的能量进行后端的非相关累加，获得各个采样相位信号能量累加结果；

步骤4：判断是否存在信号突变，如果存在，设置滤波器系数α＝α1，否则设置滤波器系数α＝α2；

其中：α1是预先确定的数值较小的滤波器系数；α2是预先确定的数值较大的滤波器系数；

步骤5：对步骤3中获得的各个采样相位信号能量累加结果，分别按照采样点对应准则采用步骤4确定的滤波器系数进行滤波，得到各个采样相位对应的滤波后的信号能量；

步骤6：对于步骤5获得的各个采样相位对应的滤波后的信号能量，进行多径位置判决，获得并且输出各个多径的相位信息。

2、根据权利要求1所述的码分多址***中的多径搜索方法，其特征在于：所述步骤4进一步包括：

步骤41：对于步骤3获得的各个采样相位信号能量累加结果，对应各个相位进行差分运算，输出能量差分值；

步骤42：对于步骤41得到的能量差分的绝对值进行阈值判决，如果能量差分的绝对值绝对值大于阈值则α＝α1，否则α＝α2；

3、根据权利要求1所述的码分多址***中的多径搜索方法，其特征在于：步骤5中采用无限冲击响应滤波器(IIR)对获得的各个采样相位信号能量累加结果进行滤波。

4、一种码分多址***中的多径搜索方法，包括：

步骤A1：对基带信号进行前端处理，获得信号各个采样相位对应的I、Q两路数据；

步骤A2：对步骤A1获得的各个采样相位对应的的I、Q两路数据分别处理，获得各个采样相位信号的能量；

步骤A3：对步骤A2获得的各个采样相位的能量进行后端的非相关累加，获得各个采样相位信号能量累加结果；

步骤A4：判断是否存在信号突变，如果存在，选择快速但稳定性低的滤波器，否则选择稳定但快速性较差的滤波器；

步骤A5：对步骤A3中获得的各个采样相位信号能量累加结果，分别按照采样点对应准则采用步骤A4确定的滤波器进行滤波，得到各个采样相位对应的滤波后的信号能量；

步骤A6：对于步骤A5获得的各个采样相位对应的滤波后的信号能量，进行多径位置判决，获得并且输出各个多径的相位信息。

5、一种码分多址***中的多径搜索装置，包括解扩解扰单元、峰值滤波器、门限判决单元，其特征在于，还包括能量计算单元、非相关累加单元、滤波系数确定单元和各相位滤波单元，其中：

能量计算单元，用于完成对解扩解扰单元输出信号对应的各个相位信号的能量计算，计算结果输入至非相关累加单元；

非相关累加单元，用于完成各信号相位能量的非相关累加，累加结果输出至各相位滤波单元和滤波系数确定单元；

滤波系数确定单元，用于根据非相关累加单元输出的信号确定各相位滤波单元在对应相位使用的滤波系数；

各相位滤波单元，用于根据非相关累加单元输出的对应相位信号和滤波系数确定单元确定的各相位滤波系数进行各相位信号的滤波。

6、根据权利要求5所述的码分多址***中的多径搜索方法，其特征在于，所述滤波系数确定单元包括差分计算模块、绝对值计算模块和滤波系数选择模块，其中：

差分计算模块，用于从非相关累加单元输出的信号中选取一定数量延时功率谱对应相位信号进行信号能量差分运算，运算结果输出到绝对值计算模块；

绝对值计算模块，用于完成能量差分的绝对值的计算，计算结果输出到滤波系数选择模块；

滤波系数选择模块，用于根据绝对值计算模块以及规定的阈值确定各相位滤波单元需要的对应相位的滤波系数。

7、根据权利要求5或6所述的码分多址***中的多径搜索方法，其特征在于，所述各相位滤波单元为无限冲击响应滤波器(IIR)。

8、根据权利要求6所述的码分多址***中的多径搜索方法，其特征在于，所述差分计算模块包括：

减法器，用于完成本次输入信号与前次能量信号的相减操作；

存储器，用于存储前次能量信号；

控制器，用于控制存储器的前次信号数据输出。

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