CN101056122B

CN101056122B - 一种宽带码分多址系统中导频的rake接收实现方法及装置

Info

Publication number: CN101056122B
Application number: CN2007101106376A
Authority: CN
Inventors: 李旭
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: Sanechips Technology Co Ltd
Priority date: 2007-06-06
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2027-06-06
Also published as: CN101056122A

Abstract

本发明提出一种宽带码分多址系统中导频的rake接收装置及接收方法，首先由解扰解扩模块对主公共导频信道即P-CPICH和下行专用物理信道即DPCH进行解扰解扩，输出相应的信道数据；然后由信道估计模块接收主公共导频信道的信道数据，进行信道估计值计算和滤波，输出信道估计值；其次由导频提取和补偿模块接收所述下行专用物理信道的信道数据，从中提取导频符号，对该导频符号利用当前时刻信道估计模块输出的信道估计值进行信道补偿，输出补偿后的导频符号；最后由rake合并模块接收所述导频提取和补偿模块输出的补偿后的导频符号，进行合并。本发明的导频rake接收单元完全由硬件实现，缩短了导频的处理时间，减小了DSP开销，降低了功耗。

Description

一种宽带码分多址系统中导频的rake接收实现方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信系统，特别涉及一种宽带码分多址(WCDMA)系统中数字基带下行链路导频(PILOT)的rake接收方法及装置。

背景技术

WCDMA中数字基带下行链路接收系统如图1所示，由小区搜索/路径搜索，rake接收，DSP处理组成。其中下行链路的rake接收包括信道的解扰解扩，信道估计/信道补偿，rake合并。

传统的硬件rake接收处理如图2所示，在此种rake接收硬件结构中，数据的处理时间最少也需要512chip(码片时间)，即一对P-CPICH(PrimaryCommon Pilot Channel，主公共导频信道)符号的宽度，这是进行信道估计所需要最少的时间，如果加上一些性能优化的处理，处理时间更长。

DPCH(Dedicated downlink physical channel，下行专用物理信道)信道的帧格式如图3所示，DPILOT域被用来计算下行SIR(信噪比)，依据SIR产生TPC(发射功率控制)命令，然后通过UE(用户设备)上行发送给基站。导频比特是收发端都已知的，其模式在表1描述。其中阴影栏部分定义为FSW(帧同步字)，而FSW用于确认帧同步(除FSW外的导频比特模式为“11”)。在表1中，传输的顺序是从左到右。

从PILOT符号的接收到上行TPC命令的发送之间有严格的时序关系(512chips)，因而PILOT符号必须尽快处理。在硬件处理过程中，PILOT符号不经过信道延时模块(channel delay module)，而是从原始的DPCH信道数据流中提取出，然后使用从CPICH(公共导频信道)信道估计模块中输出的PILOT信道估计值进行PILOT信道补偿，最后把补偿的结果送到rake合并模块。

表1：下行DPCCH的导频比特模式N_pilot＝2，4，8and 16

现在的PILOT的rake接收处理是由DSP(数字信号处理器)软件实现的，即由DSP软件从DPCH信道中提取PILOT符号，然后用软件实现PILOT的rake接收处理。由于DSP软件还要进行层1软件的处理，层2/层3协议栈的处理。因此对DSP的性能要求比较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种导频的rake接收装置，减少rake接收系统的DSP开销，降低DSP频率和降低功耗。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种宽带码分多址系统中导频的rake接收装置，包含解扰解扩模块，信道估计模块，导频提取和补偿模块，rake合并模块，其中：

所述解扰解扩模块，用于对主公共导频信道即P-CPICH和下行专用物理信道即DPCH进行解扰解扩，输出相应的信道数据；

所述信道估计模块，接收解扰解扩模块输出的主公共导频信道的信道数据，进行信道估计值计算和滤波，输出信道估计值；

所述导频提取和补偿模块，接收所述解扰解扩模块输出的下行专用物理信道的信道数据，从中提取导频符号，对该导频符号利用当前时刻信道估计模块输出的信道估计值进行信道补偿，输出补偿后的导频符号；

所述rake合并模块，接收所述导频提取和补偿模块输出的补偿后的导频符号，进行合并。

进一步地，上述rake接收装置还可具有以下特点，所述信道估计模块还包括信道估计值内插/抽取单元，用于对滤波后的信道估计值进行内插/抽取处理，然后输出信道估计值。

进一步地，上述rake接收装置还可具有以下特点，所述信道估计模块进行内插/抽取处理后，使得信道估计值和导频符号一一对应，速率完全匹配。

进一步地，上述rake接收装置还可具有以下特点，所述解扰解扩模块，信道估计模块，导频提取和补偿模块，rake合并模块使用硬件实现。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种导频的rake接收方法。

本发明提出一种宽带码分多址系统中导频的rake接收方法，包含如下步骤：

(a)对各个路径的主公共导频信道和下行专用物理信道进行解扰解扩，得到相应的信道数据；

(b)对各个路径，使用主公共导频信道的信道数据进行信道估计值的计算，滤波，得到各个路径的信道估计值；

(c)从下行专用物理信道中提取导频符号，利用当前输出的信道估计值进行信道补偿。

(d)将步骤(c)中补偿后的导频符号进行合并。

进一步地，上述rake接收方法还可具有以下特点，所述步骤(b)中，对信道估计值滤波后再进行内插/抽取，得到各个信道的信道估计值。

进一步地，上述rake接收方法还可具有以下特点，所述步骤(b)中，进行内插/抽取后，使得信道估计值和导频符号一一对应，速率完全匹配。

进一步地，上述rake接收方法还可具有以下特点，所述内插/抽取方法为零阶保持内插/抽取，或者一阶线性内插/抽取。

进一步地，上述rake接收方法还可具有以下特点，步骤(d)中，所述合并方法为最大比合并即MRC。

进一步地，上述rake接收方法还可具有以下特点，所述步骤(a)之前包含步骤，进行小区搜索和路径搜索，得到小区相关扰码、扩频码，以及路径信息，所述步骤(a)中，根据所述扰码、扩频码和路径信息进行解扰解扩处理。

本发明提出的PILOT的硬件rake接收单元完全由硬件实现，根据具体实现不同，其中的解扰解扩模块和信道估计模块还可以和其他数据的rake接收单元共享，结构简单，实现成本低，很大的缩短了PILOT的处理时间，减小了DSP开销，降低了功耗。

附图说明

图1是现有WCDMA下行链路接收系统结构图。

图2是现有硬件rake接收结构图。

图3是下行DPCH的帧格式图。

图4是本发明PILOT硬件rake接收单元图。

图5是本发明P-CPICH信道估计示意图。

图6是现有和本发明PILOT信道估计补偿示意图。

图7是本发明实施例硬件PILOT rake接收方法流程图。

图8是本发明实施例PILOT rake接收系统框图。

具体实施方式

如果用硬件实现PILOT的rake接收处理这个经常使用，功能单一的功能模块，可以减小DSP的开销，降低DSP的工作频率，降低系统的功耗。这个对于WCDMA终端来说尤其重要。所述硬件实现是指在fpga(现场可编程门阵列)上调试，最终可以做成独立的芯片，现有的DSP实现是用软件代码在DSP板上实现。

本发明提出的PILOT硬件rake接收单元由四部分构成：解扰解扩模块，信道估计模块，PILOT提取和补偿模块，rake合并模块，如图4所示，其中：

所述解扰解扩模块，完成信道的解扰解扩过程，根据小区搜索和路径搜索得到的路径信息，以及协议栈软件配置的信道的扰码和扩频码，完成对应信道的解扰解扩过程。解扰解扩模块包括扰码产生器，扩频码产生器和解扰解扩器三部分。该模块支持同时进行两个信道(DPCH，P-CPICH)的解扰解扩。

所述信道估计模块，用于根据P-CPICH信道的数据进行信道估计。信道估计模块包括信道估计值计算单元，信道估计值滤波单元和信道估计值内插/抽取单元三部分。

信道估计值计算单元根据每两个P-CPICH符号，计算出一个信道估计值，如图5所示。其计算公式如下：

偶数对符号的信道估计值计算公式：

a_{1} = \frac{(r_{1} + r_{2})}{2 {| A |}^{2}} \times A^{*}

a_{2} = \frac{(r_{1} - r_{2})}{2 {| A |}^{2}} \times A^{*}

奇数对符号的信道估计值计算公式：

a_{1} = \frac{(r_{1} + r_{2})}{2 {| A |}^{2}} \times A^{*}

a_{2} = \frac{(- r_{1} + r_{2})}{2 {| A |}^{2}} \times A^{*}

其中，a₁和a₂分别为天线1和天线2的信道估计值，r1和r2为解扰解扩模块输出的一对CPICH符号，A＝1+j。当P-CPICH信道为无发射分集时，天线2的信道估计值为0。

所述信道估计值滤波单元，用于对计算得到的信道估计值进行滤波处理，滤除噪声的影响。信道估计值滤波采用的是FIR。

所述信道估计值内插/抽取模块，用于对信道估计值进行内插/抽取处理，使PILOT得到精确的信道估计值。对信道估计值的内插/抽取可以使用零阶保持内插/抽取，或者一阶线性内插/抽取。对信道估计值完成内插/抽取后，使信道估计值与PILOT符号一一对应，速率完全匹配。而在现有的PILOTrake接收过程中，对信道估计值不进行内插/抽取过程，这样得到的信道估计值往往不是很准确。

所述PILOT提取和补偿模块，用于根据DPCH信道的时隙格式，从DPCH信道中提取相应的PILOT符号，并对PILOT符号进行信道补偿。在一般的rake接收过程中，往往对数据进行缓存，等待与它同时刻的信道估计值计算出来后，信道数据使用与它同时刻的信道估计值进行信道补偿处理，这样得到的补偿后的信道值会更准确。在本发明的PILOT补偿时，由于PILOT涉及到WCDMA的闭环功率控制，需要快速处理，因此，PILOT补偿时的信道估计值使用当前信道估计模块的输出值，而不是与PILOT对应的同时刻的信道估计值，如图6所示。这样，虽然此时PILOT使用的信道估计值不是很精确，但可以极大的缩短PILOT的处理时间，是非常值得的。

所述rake合并模块，用于对补偿后的各个路径上的PILOT符号进行合并，本发明采用最大比合并(MRC)进行PILOT的合并。根据DPCH的时隙格式，每个时隙最多有8个PILOT符号(16bit)。

本发明还提供一种基于此硬件实现的处理方法。本发明提出的进行下行PILOT的硬件rake接收处理步骤如下，如图7所示。

步骤710：从小区搜索和路径搜索单元得到各个路径的位置，从上层协议栈得到信道的扰码和扩频码。

步骤720：在解扰解扩模块中对各个路径的P-CPICH信道和DPCH信道进行解扰解扩，分别得到各个路径的P-CPICH和DPCH的数据符号。

步骤730：对各个路径，使用P-CPICH的数据符号进行信道估计值计算，滤波，内插/抽取，得到各个路径的信道估计值。

步骤740：根据DPCH信道的时隙格式信息，对各个路径的DPCH信道进行解信道，提取PILOT符号，并使用当前输出的信道估计值对PILOT符号进行信道补偿。

步骤750：对各个路径的补偿后的PILOT符号进行各个路径间的最大比合并，得到最终的PILOT符号。

以WCDMA UE下行数字基带处理为例，详细说明PILOT硬件rake接收过程。WCDMA的UE下行PILOT接收系统如图8所示，由小区搜索/路径搜索单元，PILOT硬件rake接收单元和DSP组成。假设当前的DPCH时隙格式中PILOT为16bit，即8个PILOT符号。PILOT的rake接收系统中总共有6个路径的处理电路。

一个成功的下行PILOT符号的rake接收过程如下：

步骤一：DSP软件发起一个小区搜索和路径搜索过程，小区搜索得到了当前小区的扰码和扩频码等信息，反馈给DSP软件。同时，开始进行路径搜索，把搜索到的路径信息发送给PILOT硬件rake接收单元。

步骤二：DSP给PILOT硬件rake接收单元配置相应的扰码，扩频码信息和DPCH时隙格式信息，同时，PILOT硬件rake单元接收到路径搜索模块发送过来的路径信息，开始进行解扰解扩，得到6个路径的解扰解扩后的P-CPICH信道数据和DPCH信道数据。

步骤三：信道估计模块使用6个路径的P-CPICH信道数据进行信道估计值计算，滤波，内插/抽取，得到6个路径的信道估计值，输出到PILOT提取和补偿模块。

步骤四：PILOT提取和补偿模块根据DSP提供的DPCH时隙格式进行6个路径的PILOT数据的提取，每个路径上都提取出8个PILOT符号，使用信道估计模块当前输出的信道估计值进行信道补偿。然后6个路径分别输出8个补偿后的PILOT符号。

步骤五：rake合并模块对6个路径中的PILOT符号进行最大比合并，最后得到8个PILOT符号。

步骤六：把这8个PILOT符号发送给DSP软件，进行后续处理。

本发明完全用硬件来实现PILOT数据的rake接收处理，处理时间短，结构简单，而且一些硬件资源(如解扰解扩，信道估计等)还可以和其他数据的rake接收模块共享，基本不占用DSP资源，使得DSP有充分的资源进行其他的处理，或者可以降低DSP的处理时钟，达到降低功耗的目的。

Claims

1.一种宽带码分多址系统中导频的rake接收装置，包含解扰解扩模块，信道估计模块，导频提取和补偿模块，rake合并模块，其中：

所述信道估计模块，包括信道估计值计算单元、信道估计值滤波单元和信道估计值内插/抽取单元三部分，接收解扰解扩模块输出的主公共导频信道的信道数据，进行信道估计值计算、滤波和内插/抽取，输出信道估计值；

2.如权利要求1所述的rake接收装置，其特征在于，所述信道估计值计算单元，用于根据每两个P-CPICH符号计算出一个信道估计值，

偶数对符号的信道估计值计算公式为：

a_{1} = \frac{(r_{1} + r_{2})}{2 {| A |}^{2}} \times A^{*}

a_{2} = \frac{(r_{1} - r_{2})}{2 {| A |}^{2}} \times A^{*}

奇数对符号的信道估计值计算公式为：

a_{1} = \frac{(r_{1} + r_{2})}{2 {| A |}^{2}} \times A^{*}

a_{2} = \frac{({- r}_{1} + r_{2})}{2 {| A |}^{2}} \times A^{*}

其中，a₁和a₂分别为天线1和天线2的信道估计值，r₁和r₂为解扰解扩模块输出的一对CPICH符号，A＝1+j。

3.如权利要求1所述的rake接收装置，其特征在于，所述信道估计模块进行内插/抽取处理后，使得信道估计值和导频符号一一对应，速率完全匹配。

4.如权利要求1或2或3所述的rake接收装置，其特征在于，所述解扰解扩模块，信道估计模块，导频提取和补偿模块，rake合并模块使用硬件实现，所述硬件实现是指在现场可编程门阵列上调试，最终做成独立的芯片。

5.一种宽带码分多址系统中导频的rake接收方法，包含如下步骤：

(b)对各个路径，使用主公共导频信道的信道数据进行信道估计值的计算、滤波和内插/抽取，得到各个路径的信道估计值；

(d)将步骤(c)中补偿后的导频符号进行合并。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤(b)中，信道估计值的计算方法为：

偶数对符号的信道估计值计算公式为：

a_{1} = \frac{(r_{1} + r_{2})}{2 {| A |}^{2}} \times A^{*}

a_{2} = \frac{(r_{1} - r_{2})}{2 {| A |}^{2}} \times A^{*}

奇数对符号的信道估计值计算公式为：

a_{1} = \frac{(r_{1} + r_{2})}{2 {| A |}^{2}} \times A^{*}

a_{2} = \frac{({- r}_{1} + r_{2})}{2 {| A |}^{2}} \times A^{*}

其中，a1和a2分别为天线1和天线2的信道估计值，r1和r2为解扰解扩模块输出的一对CPICH符号，A＝1+j。

7.如权利要求5所述的rake接收方法，其特征在于，所述步骤(b)中，进行内插/抽取后，使得信道估计值和导频符号一一对应，速率完全匹配。

8.如权利要求7所述的rake接收方法，其特征在于，所述内插/抽取方法为零阶保持内插/抽取，或者一阶线性内插/抽取。

9.如权利要求5所述的rake接收方法，其特征在于，步骤(d)中，所述合并方法为最大比合并即MRC。

10.如权利要求5所述的rake接收方法，其特征在于，所述步骤(a)之前包含步骤，进行小区搜索和路径搜索，得到小区相关扰码、扩频码，以及路径信息，所述步骤(a)中，根据所述扰码、扩频码和路径信息进行解扰解扩处理。