CN100533999C - 用于扩频系统的混合rake/均衡器接收机和相应的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于在扩频系统中对延迟扩展进行相关的混合rake/均衡器接收机。该混合rake/均衡器接收机包括多个自适应均衡器，每个用于对具有大于预先指定的阈值的能量水平的延迟扩展的不同区域进行滤波，以分别提供均衡解扰的码片序列以进行相关。分别对应于所述多个自适应均衡器的均衡器系数被单独地更新。

Description

用于扩频系统的混合rake/均衡器接收机和相应的方法
技术领域
本发明一般地涉及扩频系统，特别涉及一种用于扩频系统的混合rake/均衡器接收机。
背景技术
在无线通信系统中，信号通过很多路径从发射机传播到接收机。当最短路径和最长路径之间的信号到达时间差超过码元持续时间时，在无线电系统中发生延迟分集。在传统通信系统中，延迟分集导致码元间干扰(ISI)，这使性能变差。扩频系统通过学习(learn)信道、然后去扩展和组合来自可分辨(resolvable)路径的能量来利用延迟分集。码被设计为使由延迟分集引起的码片间干扰(ICI)的影响最小化。但是，当多个下行链路数据流被多路复用并且经由正交码发送时，延迟分集破坏正交性，从而产生严重的多址干扰(MAI)。所述信道是随时间变化的，这需要自适应的学习过程。与诸如多达100个码片的码片持续时间相比，扩频系统中的延迟扩展往往非常长。而且，延迟扩展是通过空信号(null)分离的、稀疏的、即少数的能量区域，它们成为延迟扩展的特征。
码分多址(CDMA)系统中的典型移动单元使用rake接收机、即信道匹配滤波器来使用稀疏的延迟分集。复杂性降低的rake接收机组合来自几个最强路径的能量，而不考虑降低MAI。近来，已经提出了码片级均衡器来恢复正交性，由此降低比特估计中的MAI。不幸的是，利用单个有限脉冲响应(FIR)均衡器来自适应地均衡整个信道延迟扩展需要比当前移动单元的资源更大的复杂性。
因此，具有克服了现有技术的上述问题的用于扩频系统的混合rake/均衡器接收机将是理想和非常有利的。
发明内容
本发明、即用于扩频系统的混合rake/均衡器接收机解决了上述问题以及现有技术的其他相关问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于在扩频系统中对延迟扩展进行相关(correlate)的混合rake/均衡器接收机。该混合rake/均衡器接收机包括多个自适应均衡器，每个用于对具有大于预先指定的阈值的能量水平(level)的延迟扩展的不同区域进行滤波，以便分别提供均衡解扰的码片序列以进行相关。分别对应于所述多个自适应均衡器的均衡器系数被单独地更新。所述混合rake/均衡器接收机还包括相关模块，用于将均衡解扰的码片序列与短扩展码相关以提供相关输出，将该相关输出加权以产生加权的相关输出，并且对加权的相关输出求和以产生与延迟扩展相对应的原始非扩展比特流的比特估计。
根据本发明的另一方面，在扩频接收机中，提供了一种用于对延迟扩展进行相关的方法。所述方法包括以下步骤：分别向超过预先指定的阈值能量水平的延迟扩展中的不同区域分配多个自适应均衡器中的每一个以便对所述不同区域进行滤波，以便从中提供均衡解扰的码片序列。所述方法还包括以下步骤：单独地更新分别对应于所述多个自适应均衡器的均衡器系数；将均衡解扰的码片序列与短扩展码相关，以提供相关输出；向相关输出分配权重，以便产生加权的相关输出；以及对加权的相关输出求和，以便产生与延迟扩展相对应的原始非扩展比特流的比特估计。
根据将结合附图阅读的、对优选实施例的以下详细描述，本发明的这些和其他方面、特征和优点将变得清楚。
附图说明
图1是图解根据本发明说明性实施例的、用于宽带码分多址(WCDMA)系统的rake/均衡器接收机100的图；
图2是图解根据本发明另一说明性实施例的、用于宽带码分多址(WCDMA)系统的略微隔开(fractionally spaced)的rake/均衡器接收机200的图；
图3是图解根据本发明说明性实施例的、用于宽带码分多址(WCDMA)延迟扩展的混合rake/均衡器处理的方法的流程图；
图4是图解与本发明的仿真相对应的信道实现的标绘图400；
图5是图解与本发明的仿真相对应的混合rake/均衡器以及根据现有技术的3分支(finger)rake接收机的误码率(BER)性能的标绘图500；
图6是图解与本发明的仿真相对应的混合rake/均衡器以及根据现有技术的3分支rake接收机的信号与干扰加噪声比的标绘图600。
具体实施方式
本发明针对用于增强扩频接收机中的rake接收机性能的混合rake/均衡器接收机。有利的是，本发明将自适应均衡器应用于rake接收机的每个分支以建立混合rake/均衡器接收机。因此，将在rake分支周围的区域中部分地均衡延迟扩展。可以使用几个短均衡器(每个rake分支一个)来取代具有很多抽头的一个很长的均衡器。应当认识到：虽然在此为了说明的目的而针对宽带码分多址(WCDMA)接收机描述本发明，但是可以以任何类型的扩频接收机来使用本发明。即，在给出在此提供的本发明的教导之后，在保持本发明的精神和范围的同时，可以对于除了WCDMA接收机之外的扩频接收机使用本发明的混合rake/均衡器接收机。
应当理解：可以用硬件、软件、固件、专用处理器或其组合的各种形式来实现本发明。优选的是，作为硬件和软件的组合来实现本发明。而且，最好作为在程序存储设备上实际包含的应用程序来实现所述软件。所述应用程序可以被上载到包括任何适当架构的机器并且由其执行。优选的是，在具有诸如一个或多个中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)和输入/输出(I/O)接口的硬件的计算机平台上实现所述机器。所述计算机平台还包括操作系统和微指令代码。在此描述的各种处理和功能可以是经由操作系统执行的微指令代码的一部分或应用程序的一部分(或其组合)。另外，可以将各种其他外围设备连接到所述计算机平台，例如附加的数据存储设备和打印设备。
还应当理解：因为最好用软件来实现在附图中示出的组成系统部件和方法步骤中的一些，所以系统部件(或处理步骤)之间的实际连接可以根据本发明被编排的方式而不同。在给出在此的教导之后，本领域普通技术人员将能够考虑到本发明的这些和类似的实现或配置。
图1是图解根据本发明说明性实施例的、用于宽带码分多址(WCDMA)系统的rake/均衡器接收机100的图。rake/均衡器接收机100包括搜索器模块110、带抽头的延迟线120、第一自适应均衡器130、第二自适应均衡器140、第三自适应均衡器150以及相关、加权与求和模块(以下也可互换地称为“相关模块”)160。
搜索器模块110对不同延迟(抽头)上的导频信号进行相关，以便找到延迟扩展中的高能量区域。如在此使用的那样，词组“延迟扩展”是指由于多径而由WCDMA接收机在不同时刻接收的多个信号。
当在延迟扩展中找到高能量区域时，分配分支，并且从带抽头的延迟线120抽取输入采样。自适应均衡器130、140和150对采样流进行滤波。通常，自适应均衡器130、140和150从连续传送的导频信号导出它们的误差信号，这样的导出需要加扰码的知识。将均衡解扰的码片(自适应均衡器130、140和150的输出)发送到相关、加权与求和模块160，所述相关、加权与求和模块160对期望的比特流的短扩展码进行相关。根据多少能量处于相关输出各自的区域的延迟扩展中来将该相关输出加权，因此将较低的权重给予低能量区域。接收机也可以使用普通(trivial)加权(即乘以1)。相关、加权与求和模块160对加权的相关输出求和以产生比特估计。
为简明起见，在此不提供自适应均衡器的精确实现。但是，关于更多的细节，在码片速率自适应均衡的区域中，例如参见P.Schniter and A.R.Margetts，“Adaptive Chip-Rate Equalization of Downlink Multirate WidebandCDMA”，Proc.Asilomar Conf.on Signals，Systems，and Computers，(PacificGrove，CA)，Nov.2002，在此通过引用而将其合并于此。
图2是图解根据本发明另一说明性实施例的、用于宽带码分多址(WCDMA)系统的略微隔开的rake/均衡器接收机200的图。
rake/均衡器接收机200包括搜索器模块210、带抽头的延迟线220、第一自适应均衡器230、第二自适应均衡器240、第三自适应均衡器250以及相关、加权与求和模块(以下也可互换地称为“相关模块”)260。
Nc是每个码片的采样的数量，f0 *和f1 *是自适应均衡器抽头，A(z)是误差过滤器(平均器)，γ是对应于导频比特的基准(reference)，并且s(i)是加扰码。自适应均衡器230、240和250的每一个还包括第一加法器299、第二加法器298和乘法器297。对均衡器系数的更新以码片速率进行。
用于每个自适应均衡器的码片速率均衡器更新算法如下：
a(i)＝(1-ρ)r(i)s*(i)+ρa(i-1)
ē(i)＝(1-ρ)(y(i)-γ)+ρē(i-1)
f(i-1)＝f(i)-μa(i)ē*(i)
a(i)是误差过滤器平均器。
ē(i)是误差输出。
r(i)是从带抽头的延迟线接收的采样的向量。
s(i)是加扰序列。
y(i)是略微隔开的均衡器输出。
f(i)是自适应均衡器。
μ是均衡器步长(step-size)。
ρ是平均滤波器极(pole)。
γ是期望的偏差(bias)。
例如在题目为“Adaptive Chip-Rate Equalization of Downlink MultirateWideband CDMA”的上述参考文献中定义了这些参数和变量。应当认识到：本发明不限于包括上述算法的任何特定的自适应均衡器算法，因此，可以使用任何自适应均衡器算法，包括递归最小二乘算法。
图3是图解根据本发明说明性实施例的、用于宽带码分多址(WCDMA)延迟扩展的混合rake/均衡器处理的方法的流程图。出于说明的目的，将针对图1的rake/均衡器接收机100来描述图3的方法，但是，应当认识到：也可以针对图2的rake/均衡器接收机200来使用图3的方法。
通过搜索器模块110来识别在延迟扩展中的能量峰(步骤310)。优选的是，搜索器模块110在执行这样的识别时连续地操作。通常，搜索器模块110提供移动台信号的最强多径分量的幅度和到达时间的粗略估计。
将自适应均衡器130、140和150分配给由搜索器模块110识别的、超过预先指定的阈值能量水平的任何能量峰以对这样的峰值进行滤波，以便提供均衡解扰的码片(步骤320)。
通过导频信号来训练自适应均衡器130、140和150(步骤330)。即，使用包括在导频信号中的数据来相对于对应的传输信道训练自适应均衡器130、140和150。
将从自适应均衡器130、140和150输出的均衡解扰的码片与特定的短码相关(步骤340)。即，通过特定的短码来调制期望的比特流。
相关的均衡器输出被相关、加权与求和模块160加权和组合，以便产生与延迟扩展相对应的原始非扩展比特流的比特估计(步骤350)。所述权重与对应的延迟扩展区域中的能量的量成比例。
现在将针对图4-6来描述根据本发明的说明性实施例执行的仿真。使用具有扩展因子32和7个有效用户的WCDMA系统来执行所述仿真。还以与分配给单个用户的功率相等的功率来传送导频信号。移动台的速度是120千米/小时，并且信道的每个抽头被瑞利衰减。在均衡之前，接收机使用根升余弦滤波器来对码片波形进行滤波。在此，根据图2所示的均衡器来实现所述均衡器。应当认识到，可以去除所述滤波器，并且让略微隔开的均衡器执行该滤波的任务。
图4是图解与本发明的仿真相对应的信道实现的标绘图400。即，图4是根据本发明实现的WCDMA信道的隔开1/2码片的信道系数相对于延迟(以码片为单位)的幅度标绘图。
图5是图解与本发明的仿真相对应的混合rake/均衡器和根据现有技术的3分支rake接收机的误码率(BER)性能的标绘图500。即，图5是与本发明的仿真相对应的混合rake/均衡器和根据现有技术的3分支rake接收机的、平均BER相对于每比特的信噪比(SNR)的标绘图。有利的是，根据本发明的混合rake/均衡器具有比现有技术的3分支rake低的BER。
图6是图解与本发明的仿真相对应的混合rake/均衡器和根据现有技术的3分支rake接收机的信号与干扰加噪声比的标绘图600。即，图6是与本发明的仿真相对应的混合rake/均衡器和根据现有技术的3分支rake接收机的、平均信号与干扰加噪声比相对于每比特的信噪比(SNR)的标绘图。有利的是，根据本发明的混合rake/均衡器具有比现有技术的3分支rake高的信号与干扰加噪声比。
对于关于WCDMA的更多细节，参见例如WCDMA for UMTS，RadioAccess for Third Generation Mobile Communications，John Wiley & Sons，Ltd.，pubs.，Harri Holma and Antti Toskala，eds.，2001，其通过引用而被整体合并于此。
尽管在这里参照附图描述了说明性实施例，但是应当理解：本发明不限于那些精确的实施例，并且，在不背离本发明的范围或精神的情况下，本领域普通技术人员可以在其中进行各种其他改变和修改。所有这样的改变和修改意欲被包括在由所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种用于在扩频系统中对延迟扩展进行相关的混合rake/均衡器接收机，包括：
多个自适应均衡器，每个用于对具有大于预先指定的阈值的能量水平的延迟扩展的不同区域进行滤波，以便分别提供均衡解扰的码片序列以进行相关，其中，分别对应于所述多个自适应均衡器的均衡器系数被单独地更新；以及
相关模块，用于将均衡解扰的码片序列与短扩展码相关以提供相关输出，将该相关输出加权以产生加权的相关输出，并且对加权的相关输出求和以产生与延迟扩展相对应的原始非扩展比特流的比特估计。
2.如权利要求1所述的混合rake/均衡器接收机，其中，所述相关模块根据多少能量分别存在于延迟扩展的不同区域中来将相关输出加权，使得将比具有高能量的不同区域低的权重给予具有低能量的不同区域。
3.如权利要求1所述的混合rake/均衡器接收机，其中，所述相关模块对相关输出执行普通加权。
4.如权利要求1所述的混合rake/均衡器接收机，其中，所述扩频系统是宽带码分多址(WCDMA)系统。
5.在扩频接收机中，一种用于对延迟扩展进行相关的方法，包括以下步骤：
分别向超过预先指定的阈值能量水平的延迟扩展中的不同区域分配多个自适应均衡器中的每一个以对所述不同区域进行滤波，以便从中提供均衡解扰的码片序列；
单独地更新分别对应于所述多个自适应均衡器的均衡器系数；
将均衡解扰的码片序列与短扩展码相关，以提供相关输出；
向相关输出分配权重，以便产生加权的相关输出；以及
对加权的相关输出求和，以便产生与延迟扩展相对应的原始非扩展比特流的比特估计。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述分配步骤根据多少能量存在于延迟扩展的对应部分中来向相关输出分配权重，使得将比具有高能量的对应部分低的权重给予具有低能量的对应部分。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述分配步骤向相关输出分配普通权重。
8.如权利要求5所述的方法，其中，所述扩频接收机是宽带码分多址(WCDMA)接收机。
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