CN101022289B - 扩频接收器和其频道补偿方法 - Google Patents
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Abstract
一种扩频接收器和其频道补偿方法。该扩频接收器在通讯系统中执行频道补偿的方法,包括乘法器、滤波器、数据频道相关器、延迟模块、以及频道补偿器。该乘法器将扩频的导频码元和导频样式的共轭数值相乘,用以提供频道估计值。该滤波器,对从上述乘法器来的上述频道估计值滤波。该数据频道相关器对数据频道的数据码元进行扩频。该延迟模块耦接到上述数据频道相关器,对上述扩频的数据码元延迟相对应于上述滤波器的时间,其中上述时间和一比值成正比,上述比值为上述导频码元和数据码元的扩频因子之比。该频道补偿器,耦接到上述滤波器和延迟模块,利用上述滤波后的频道估计值,对上述延迟的数据码元进行补偿。
Description
技术领域
本发明是有关于频道补偿,尤指扩频接收器和其频道补偿方法。
背景技术
扩频系统利用在扩频发射机内窄频带数据和宽频拟乱码噪声(PseudoNoise,PN)编码的乘积以消除多路径干涉(multipath interference)效应,并用以产生宽频的传送信号,宽频的传送信号几乎和拟乱码噪声编码的频谱宽度相同。扩频系统运用在码分多址接入(Code Division Multiple Access,CDMA),以及符合通用移动通讯服务/国际移动通讯2000(Universal MobileTelecommunication System/International Mobile Telecommunications,UMTS/IMT-2000)规格的宽频CDMA(Wideband CDMA)系统。通常一个扩频系统,譬如一个WCDMA系统,使用正交扩频码将在偏好频谱内的数据码元解扩频,以及拟乱码噪声的扰乱码分离不同的基地台(cell)的下载(downlink)传输和用户的上传(uplink)传输。扩频码,亦称为正交通道码(channelizationcode),在数据传输之前将数据码元变换成一定数量的时隙(chip)作为传播频谱信号。譬如为犁耙接收器(rake receiver)的扩频接收器,常使用在CDMA系统中解扰乱,或者对已接收的扩频信号解扩频,用于减少信号的多路径接收效应,以及改善接收质量。扩频和解扩频的编码可以使用金氏码(Goldcode)、沃尔什编码(Walsh code)、正交可变长扩频系数(Orthogonal VariableSpreading Factor,OVSF)通道码、或者为其它等效的编码序列。
导频频道(pilot channel)通常使用于频道估计,用以控制所接收的扩频信号的各种参数,以及补偿特定传输频道内的各种频道传输状况。在无线通信中的无线频道状况会随着时间和频率变化,因而在无线通信系统内,譬如扩频通信系统,必须对被接收的扩频信号进行估计并且据而补偿频道状况的变化。在WCDMA系统进行下载传输时,一般将导频频道指称公共导频频道(Common Pilot Channel,CPICH)。因为公共导频频道内的导频码元比其它传输频道以更大的功率传送,因此会产生较佳的接收结果,藉此可以准确地估计频道状况。
所以,需要另外一种扩频接收器和其频道补偿方法,用以为扩频信号正确估计频道状况。
发明内容
有鉴于此,本发明提出一种频道补偿的方法,用于扩频接收器(SpreadSpectrum Receiver)接收导频频道和数据频道,包括对从上述导频频道来的导频码元解扩频(spreading),利用导频样式的共轭数值,将上述解扩频的导频码元,用以提供频道估计值,对上述频道估计值进行滤波,对从上述数据频道来的数据码元解扩频,对上述解扩频的数据码元,延迟相对应于上述滤波步骤的时间,其中上述时间和一比值成正比,上述比值为上述导频码元和数据码元的扩频因子之比,以及利用上述滤波后的频道估计值,对上述延迟的数据码元进行补偿。
此外,本发明还提出一种扩频接收器,在通讯系统中执行频道补偿的方法,包括乘法器、滤波器、数据频道相关器、延迟模块、以及频道补偿器。该乘法器将扩频的导频码元和导频样式的共轭数值相乘,用以提供频道估计值。该滤波器,对从上述乘法器来的上述频道估计值滤波。该数据频道相关器对数据频道的数据码元进行扩频。该延迟模块耦接到上述数据频道相关器,对上述扩频的数据码元延迟相对应于上述滤波器的时间,其中上述时间和一比值成正比,上述比值为上述导频码元和数据码元的扩频因子之比。该频道补偿器,耦接到上述滤波器和延迟模块,利用上述滤波后的频道估计值,对上述延迟的数据码元进行补偿。
为使本发明的该目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附图式,作详细说明如下。
附图说明
图1显示已知扩频接收器的部分方块图。
图2显示信号电平对于时间的表示图,使用图1的扩频接收器。
图3显示本发明实施例中的扩频接收器的方块图。
图4显示WCDMA数据格式的实施例。
图5显示信号电平对于时间的表示图,使用图3的扩频接收器。
图6显示本发明实施例中频道补偿方法的流程图,使用图3的扩频接收器。
具体实施方式
在此必须说明的是,于下揭露内容中所提出的不同实施例或范例,是用以说明本发明所揭示的不同技术特征,其所描述的特定范例或排列是用以简化本发明,然非用以限定本发明。此外,在不同实施例或范例中可能重复使用相同的参考数字与标号,此等重复使用的参考数字与标号是用以说明本发明所揭示的内容,而非用以表示不同实施例或范例间的关系。
本发明的范围可以包括,但是不限制于运用码分多址接入(CodeDivision Multiple Access,CDMA)、TD-S-CDMA、CDMA-2000和宽频CDMA、(Wideband CDMA,WCDMA)系统中来接收扩频信号的接收器。
图1显示已知扩频接收器1的部分方块图,包括数据频道相关器10、频道估计器12、频道补偿器14、和扰乱码产生器16。扰乱码产生器16耦接到数据频道相关器10,数据频道相关器10与频道估计器12耦接到补偿器14。频道估计器12包括导频频道相关器120、乘法器122、滤波器123、扰乱码产生器121和公共导频频道(Common Pilot Channel,CPICH)导频样式的共轭数值124。导频频道相关器120耦接到编码产生器121和乘法器122。在WCDMA系统环境里,导频频道可以是公共导频频道,并且此公共导频频道的导频样式的共轭数值124产生特定的公共导频频道的导频样式。本领域技术人员会了解,导频频道不限制在公共导频频道。这也表示导频信号的特征不会由WCDMA标准的公共导频频道所限制。
在一些实施例中,扩频接收器1为WCDMA接收器,包括几个数据频道相关器10以及导频频道相关器120。数据频道相关器10对数据码元DrI,Q执行关联(correlating)或称为相关运算的操作,导频频道相关器120对导频码元PrI,Q执行关联操作。数据码元DrI,Q经由相对应的下载物理频道(Downlink Physical Channel,DPCH)传送。导频码元PrI,Q经由相对应的公共导频频道传送。数据频道相关器10对数据码元DrI,Q使用扰乱码产生器16产生的扩频的编码执行扩频或者解扰乱。导频频道相关器120对导频码元PrI,Q使用已知的扩频序列执行扩频或者解扰乱。导频码元PrI,Q的扩频因子(spreading factor)为固定的常数,如256,并且为对应到所有数据频道的扩频码。CPICH导频样式固定为(1+j)。扩频接收器1使用导频码元PrI,Q以进行频道估计。通过将扩频导频码元和共轭CPICH导频样式(1-j)相乘以产生频道估计值,用来估计因为加成性白色高斯噪声(Additive WhiteGaussian Noise,AWGN)以及各式各样干涉而产生的频道噪声。滤波器123接收以及减低频道估计值CrI,Q的噪声。接着,滤波后的频道估计值CrI,Q传送到频道补偿器14和数据码元DrI,Q相乘,用以执行关联以及产生频道补偿的输出数据DoI,Q。扰乱码产生器16和121可以包括线性反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Registers,LFSR)。于某些实施例中,线性反馈移位寄存器符合3GPP定义的标准。
但是,当已知的频道补偿器14得到过滤的频道估计值CrI,Q和关联的数据码元DrI,Q执行频道补偿时,因为滤波器123的关系,和关联的数据码元DrI,Q比较之下,过滤后的频道估计值CrI,Q将会产生有限的群组延迟值Dg。因此频道补偿器14使用延迟的频道估计值CrI,Q对关联的数据码元DrI,Q执行频道补偿。
图2显示信号电平对于时间的表示图,其使用图1的扩频接收器1,包括真正的数据频道20和过滤后的频道估计值22。频道估计值经过滤波器123移除不想要的噪声和干涉后产生过滤后的频道估计值22。可以观察到在真正的数据频道20和过滤的频道估计值22之间具有群组延迟Dg。既然关联的数据码元DrI,Q与真正的数据频道20是同时出现的,所以关联的数据DrI,Q和过滤后的频道估计值22之间会有时间差异。所以当频道补偿器14使用延迟的频道估计值22对要关联的数据码元DrI,Q进行频道补偿时,会导致不精确的频道补偿。
图3显示本发明实施例中的扩频接收器的方块图,包括数据频道相关器30、频道估计器32、频道补偿器34、编码产生器36、和补偿延迟38。编码产生器36耦接到数据频道相关器30、补偿延迟38、与频道估计器32耦接到开辟补偿器34。频道估计器32包括导频频道相关器320、扰乱码产生器321、乘法器322、滤波器323、和共轭CPICH导频样式的共轭数值324。导频频道相关器320耦接到扰乱码产生器321和乘法器322。
数据频道相关器30使用由编码产生器36产生的适当解扩频或是解扰乱码,数据频道对扩频或是解扰乱。在实施例中,扩频接收器是WCDMA接收器,而每个数据频道相关器30使用编码产生器36的产生的扩频码对下载物理频道的数据码元DrI,Q扩频或者解扰乱。扩频数据码元DrI,Q可以包括下载物理频道带有的同相(In-phase)和正交(Quadrature)部分。扩频因子可以根据传输数据位速率(bit-rate)而决定,扩频因子的范围可以从4到256,或者更多。下载物理频道(DPCH)可以是下载物理数据频道(Downlink PhysicalData Channel,DPDCH),或下载物理控制频道(Downlink Physical ControlChannel,DPCCH)。
图4显示WCDMA系统数据格式的实施例,包括DPDCH数据频道400和406,和DPCCH控制频道402、404、和408。在WCDMA系统的下载物理频道(DPDCH/DPCCH)中,在每个时隙(slot)中都会传送导频码元(码元2到8)以及控制码元。每个WCDMA框(frame)具有15个时隙,各个框的长度是10ms,并且有38400时隙。不同的数据速率可以由具有不同扩频因子的数据频道达成。在WCDMA系统中,扩频因子的范围在4到256之间,对应到960kbps到15kbps的数据速率。
参考图3,频道估计器32内的导频频道相关器320使用适当的扩频码对导频频道解扩频或者解扰乱,同时数据频道相关器30也对数据码元DrI,Q解扩频或者解扰乱。在实施例中,扩频接收器是WCDMA接收器,各导频频道相关器32使用固定的扩频码以及扩频因子256,对公共导频频道(CPICH)内的导频码元PrI,Q解扩频或者解扰乱。扩频因子可以固定为256。导频频道相关器320利用固定的扩频码和扩频因子256解扩频或者解扰乱导频码元PrI,Q,因此产生解扩频的导频码元。乘法器322将解扩频的导频码元和CPICH导频样式的共轭数值相乘得到频道估计值CrI,Q。滤波器323将频道估计值过滤噪声和干涉,产生过滤的频道估计值CrI,Q到频道补偿器34,频道估计值CrI,Q具有群组延迟Dg。滤波器323可以是无限脉冲响应(InfiniteImpulse Response,IIR)滤波器。
补偿延迟38接收关联的数据码元DrI,Q,并且对数据码元DrI,Q延迟时间N。延迟时间N对应于滤波器323产生的群组延迟Dg。如此,被延迟的数据DrI,Q和过滤的频道估计值CrI,Q会同时到达频道补偿器14。时间N由以下式子所决定:
其中N表示上述时间;
Dg表示对应上述滤波器的群组延迟(group delay);
SFpilot表示上述导频码元的扩频因子;以及
SFdata表示上述数据码元的扩频因子。
在实际操作上,由于电路运行和软件指令运算都须要耗费时间,本发明的构想可以适用于时间N与上述滤波器的群组延迟成正比,或时间N与上述导频码元对数据码元的扩频因子的比例成正比的情况,不一定要精确地等于F1式子。
频道补偿器34包括共轭计算器340和乘法器342。共轭计算器340接收和计算过滤的频道估计值CrI,Q的共轭数值,乘法器342将延迟的数据码元DrI,Q和过滤的频道估计CrI,Q的共轭数值相乘,输出补偿的输出数据DoI,Q。因为延迟的数据DrI,Q和过滤的频道估计值CrI,Q具有一致的延迟时间,频道补偿器34可以在精确的时间对数据码元DrI,Q执行频道补偿,以产生准确的补偿结果DoI,Q。
图5显示信号电平对于时间的表示图,其使用图3的扩频接收器,包括真正的数据频道50以及过滤的频道估计值52。通过滤波器323用以移除频道估计值CrI,Q的噪声和干涉,产生过滤的频道估计值52。参考图5,由于延迟数据的真正的数据频道50和过滤的频道估计值52是同步的,因而频道补偿器34能在准确的时间,以过滤的频道估计值52对准确延迟的数据执行频道补偿,进而产生准确的频道补偿。
图6显示本发明实施例中频道补偿方法的流程图,使用图3的扩频接收器。
初始化之后,扩频接收器3同时从CPICH接收导频码元PrI,Q以及从至少一个相对应的DPCH接收数据码元DrI,Q。
在步骤S602中,导频频道相关器320用已知的扩频码,对导频码元PrI,Q解扩频。于某些实施例中,导频码元PrI,Q的扩频因子固定为256。在步骤S603中,乘法器322将导频码元PrI,Q与CPICH导频样式的共轭数值324相乘来解扩频,并且产生频道估计值CrI,Q。在步骤S604中,滤波器323接收以及过滤频道估计值CrI,Q,去除噪声和信号干扰后产生过滤的频道估计值CrI,Q到频道补偿器36,其中频道估计值CrI,Q具有群组延迟Dg。
步骤S606和步骤S602可以平行进行,数据频道相关器30使用编码产生器36产生的扩频码,对数据码元DrI,Q解扩频。在WCDMA系统中,扩频因子的范围可以从4到256。其次,在步骤S608中,补偿延迟38对解扩频的数据码元DrI,Q延迟时间N,延迟时间N对应于滤波器323的群组延迟Dg。所以延迟的解扩频数据码元DrI,Q和过滤的频道估计值CrI,Q到达在频道补偿器34时,已同样延迟群组延迟Dg的时间。时间N可以由式子F1决定。
在步骤S610中,频道补偿器34以过滤的频道估计值CrI,Q补偿延迟的数据码元DrI,Q。补偿操作包括计算过滤的频道估计值CrI,Q的共轭数值,然后将共轭数值和延迟的数据码元DrI,Q相乘。既然延迟的数据DrI,Q和过滤的频道估计值CrI,Q都延迟了相同时间N,频道补偿器32可以产生准确的补偿输出数据DoI,Q。
本发明虽以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可做些许的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。
Claims (10)
1.一种频道补偿的方法,用于扩频接收器接收导频频道和数据频道,包括:
对上述导频频道所接收的导频码元解扩频;
利用导频样式的共轭数值乘以上述解扩频的导频码元,以提供频道估计值;
对上述频道估计值进行滤波;
对上述数据频道所接收的数据码元解扩频;
对上述解扩频的数据码元,延迟相对应于上述滤波步骤的时间,其中上述时间和一比值成正比,上述比值为上述导频码元和数据码元的扩频因子之比;以及
利用上述滤波后的频道估计值,对上述延迟的数据码元进行补偿。
2.根据权利要求1所述的频道补偿的方法,其中上述时间为:
其中N表示上述时间;
Dg表示对应上述滤波步骤的群组延迟;
SFpilot表示上述导频码元的扩频因子;以及
SFdata表示上述数据码元的扩频因子。
3.根据权利要求1所述的频道补偿的方法,其中该滤波步骤包括使用无限脉冲响应滤波程序。
4.根据权利要求1所述的频道补偿的方法,其中上述补偿步骤包括:
获得上述滤波后频道估计值的共轭数值;以及
将上述延迟的数据码元和上述滤波后频道估计值的共轭数值相乘。
5.根据权利要求1所述的频道补偿的方法,其中上述时间和上述滤波步骤所需的时间成正比。
6.一种扩频接收器,在通讯系统中执行频道补偿的方法,包括:
乘法器,将解扩频的导频码元和导频样式的共轭数值相乘,用以提供频道估计值;
滤波器,以对从上述乘法器来的上述频道估计值进行滤波;
数据频道相关器,对数据频道的数据码元进行解扩频;
延迟模块,耦接到上述数据频道相关器,对上述扩频的数据码元延迟相对应于上述滤波器的时间,其中上述时间和一比值成正比,上述比值为上述导频码元和数据码元的扩频因子之比;以及
频道补偿器,耦接到上述滤波器和延迟模块,利用上述滤波后的频道估计值,对上述延迟的数据码元进行补偿。
7.根据权利要求6所述的扩频接收器,其中上述时间为:
其中N表示上述时间;
Dg表示对应上述滤波步骤的群组延迟;
SFpilot表示上述导频码元的扩频因子;以及
SFdata表示上述数据码元的扩频因子。
8.根据权利要求6所述的扩频接收器,其中该滤波器包括使用无限脉冲响应滤波器。
9.根据权利要求6所述的扩频接收器,其中上述频道补偿器获得上述滤波后频道估计值的共轭数值,以及将上述延迟的数据码元和上述滤波后频道估计值的共轭数值相乘。
10.根据权利要求6所述的扩频接收器,其中上述时间和上述滤波器所需的时间成正比。
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