CN101064581B - 一种解扰解扩的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种解扰解扩方法和装置,该方法包括:(a)将接收到的数字基带数据进行缓存;(b)利用共轭扰码对所缓存的数据进行解扰;(c)对解扰后的数据进行解扩,通过数据码变换将码片级的数据分解为字符;(d)根据多径的位置和/或扩频因子分解得到相应的数据。装置包括:数据缓冲单元,共轭扰码发生单元,解扰单元,解扩单元,数据抽取单元,本发明的方法机装置适用于扩频因子为2n的解扰解扩,简化了接收机的电路结构,提高接收机的性能。

Description

一种解扰解扩的方法与装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域,具体涉及码分多址扩频通信中解扰解扩的方法和装置。
背景技术
在移动通信的多种体制中,CDMA通信技术以其频率规划简单、系统容量大、抗多径能力强、通信质量好、电磁干扰小等特点显示出巨大的发展潜力。第三代数字蜂窝移动通信系统的几种主要候选方案均建立在CDMA技术基础上。
移动通信系统中存在着多径衰落现象,会造成严重的多径干扰。在采用了扩展频谱技术的CDMA移动通信系统中,通过接收带有确知信息的导频(Pi1ot)信号,可以对多径信号的幅度和相位信息进行估计,从而使得多径分集和相干接收成为可能。针对多径衰落信号进行分集处理的相干扩频接收机称为RAKE相干接收机,它可对多个携有相同信息且衰落特性相互独立的单径信号进行相位校正并进行最大比合并处理,从而达到克服多径衰落,提高接收信号与干扰比的目的。
在移动通信中,由于城市建筑物和地形地貌的影响,电波传播必然会出现不同路径和时延,使接收信号出现起伏和衰落。移动通信信道是一种多径衰落信道,RAKE接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调,然后叠加输出达到增强接收效果的目的,使多径信号在CDMA系统变成一个可供利用的有利因素。
为了实现RAKE接收功能,必须实现本地扩频序列(PN码)与接收信号的同步,这种同步分别由捕获和跟踪两个步骤完成。其中捕获步骤完成PN码的初始同步(粗同步),由搜索和确认两个阶段完成;而跟踪步骤完成PN码的精细同步。两个步骤相互结合,为RAKE接收机提供所需的PN码。
CDMA移动通信扩频接收机还必须具备对来自多个基站的发送信号进行分集合并接收的能力,从而实现越区软切换,并改善接收机在小区交界处的接收性能。
由于成本的限制,CDMA接收机在开机或失锁状态常常存在较大的本振频率偏移,因而必须引入自动频率校正(AFC)功能,以使得RAKE接收机在较大的本振频率偏移状况下正常工作。针对移动通信环境下多径信号的不确定性,引入了“能量窗重心”设计方法,对多径能量窗进行并行处理,综合考虑同步跟踪、RAKE分集相干合并、AFC及多小区搜索与合并接收、越区软切换,从而使得CDMA扩频接收机性能得到改善,同时减少所需的硬件资源。
由于无线信道的多径效应,为了提高接收机的接收性能,对无线信号多条路径分别进行接收,然后合并,即采用CDMA通信中常用的一种接收机RAKE接收机。由于多码道、多径的原因,RAKE接收机中最耗费电路是解扰解扩部分在CDMA中是用互相正交的信道码来实现多址通信的,在复杂的通信环境中一般每个码道有多个有效多径。假设有m个码道,每个码道有n条多径,为了实现RAKE接收,便需要m×n个接收装置来解调这m×n个有效多径。通常耗费的电路比较多。
一般每一个多径的接收是一个相关的过程,描述如下:
假设扩频因子是k,
信道参数是cp
信道码是C=(c1,c2,Λ ck),
扰码是R=(r1,r2,Λrk)
被解调数据是,D=(d1,d2,Λdk)
解调结果是R*.*C·DT·cp*
从以上过程描述可以看出,解扰解扩过程是一个乘累加过程,因此它是电路结构重复且规模较大的部分,精巧设计这部分对于提高接收机的性能是非常重要的。
通常的解扰解扩电路的构成如附图1所示。
而且大多数采用时分复用方式进行解扰解扩,以便节省电路。
传统解扰解扩方法存在一下缺点:
a:在多码和多径时费电路资源;
b:不同扩频因子的解扰解扩的实现其控制比较复杂;
c:需要信道码发生器。
发明内容
鉴于此,本发明要解决的技术问题是提供一种解扰解扩的方法和装置,以克服现有技术的解扰解扩方法的缺点,简化电路结构,提高接收机的性能。
本发明提供的一种解扰解扩方法,包括:
(a)将从多径接收的信号进行解调,并将解调得到的数据进行缓存;
(b)利用共轭扰码对所缓存的数据进行解扰;
(c)对解扰后的数据进行解扩,通过数据码变换将码片级的数据分解为字符;
(d)根据多径的位置和/或扩频因子分解得到相应的数据。
所述解扰包括将所述数据乘以共轭的实部、虚部扰码因子。
所述数据码变换为快速沃尔什哈达码变换。
利用控制信号,采用时分复用方式对多个码道的数据进行分批处理。
根据本发明还提供一种解扰解扩装置,包括:
数据缓冲单元,将接收到的数字基带数据进行缓存;
共轭扰码发生单元,利用扰码产生共轭的实部、虚部扰码因子;
解扰单元,用于将所述数据乘以共轭的实部、虚部扰码因子,并将所得的数据输入解扩单元。
解扩单元,通过数据码变换将码片级的数据分解为字符。
数据分解单元,根据多径的位置和/或扩频因子分解得到相应的数据。
该装置还包括控制单元,用于产生控制信号,以采用时分复用方式对多个码道的数据进行分批处理。
本发明的方法机装置适用于扩频因子为2n的解扰解扩,基本上克服了现有技术中解扰解扩方法的部分缺点。简化了接收机的电路结构,提高接收机的性能。
附图说明
图1为常用的解扰解扩装置构成示意图;
图2为根据本发明的数据缓存单元构成示意图;
图3为根据本发明的扰码共轭发生单元的构成示意图;
图4为根据本发明的解扰单元的电路示意图;
图5为根据本发明的解扩电路示意图;
图6为本发明提供的解扰解扩方法的流程图。
具体实施方式
本发明的原理是:将从多径接收的信号进行解调,并将解调得到的数据进行缓存;利用共轭扰码对所缓存的数据进行解扰;对解扰后的数据进行解扩,通过数据码变换将码片级的数据分解为字符;根据多径的位置和/或扩频因子分解得到相应的数据,实现所接收数据的解扰解扩。
首先,将从多径接收的信号进行解调得到的I、Q数据连续各缓存2n+1个,然后每间隔一个数据提取2n个数(I、Q各2n个),用于后续解扰解扩处理,数据缓存的主要目的是为完成数据的解扰解扩做好准备。缓存后输出的数据为:
I 1 + jQ 1 , I 2 + jQ 2 , . . . I 2 n + jQ 2 n . (表达式1)
假设某一符号的扰码数据为Sc1,Sc2
Figure YZ0000014346264000042
Sci=+1或者-1。Sci可以是DSP配置,一般用0代替1,1代表-1,而数据加扰的过程是Di·Sci·ji,其中Di是被加扰数据,为了恢复原始数据,即解扰,将接收数据乘以扰码的共轭因子,即Dri·(Sci·ji)*,  Dri是接收到的数据。
解扰后的数据是:
( I 1 + jQ 1 ) · ( Sc 1 · j ) * , ( I 2 + jQ 2 ) · ( Sc 2 · j 2 ) * ( I 3 + jQ 3 ) · ( Sc 3 · j 3 ) * ,
( I 4 + jQ 4 ) · ( Sc 4 · j 4 ) * , . . . ( I 2 n + jQ 2 n ) · ( Sc 2 n · j 2 n ) * . (表达式2)
整理后为:
Q 1 · Sc 1 - jI 1 · Sc 1 , - I 2 · Sc 2 - jQ 2 · Sc 2 , - Q 3 · Sc 3 + jI 3 · Sc 3 ,
I 4 · Sc 4 + jQ 4 · Sc 4 , . . . I 2 n · Sc 2 n + jQ 2 n · Sc 2 n . (表达式3)
将表达式3变换为:
Q 1 · Sc Ci 1 - jI 1 · ScCq 1 , - I 2 · ScCi 2 - jQ 2 · ScCq 2 , - Q 3 · ScCi 3 + jI 3 · ScCq 3 ,
I 4 · ScCi 4 + jQ 4 · ScCq 4 , . . . I 2 n · ScCi 2 n + jQ 2 n · ScCq 2 n . (表达式4)
将数据这样表达便于实现。
从表达式3和表达式4可以导出:
Sc Ci 4 n + 1 = Sc 4 n + 1 ScCi 4 n + 2 = - Sc 4 n + 2 ScCi 4 n + 3 = - Sc 4 n + 3 ScCi 4 n + 4 = Sc 4 n + 4 Sc Cq 4 n + 1 = - Sc 4 n + 1 ScCq 4 n + 2 = - Sc 4 n + 2 ScCq 4 n + 3 = Sc 4 n + 3 ScCq 4 n + 4 = Sc 4 n + 4 (表达式5)
n=0,1,...。
扰码共轭发生单元根据DSP配置的扰码,直接产生出解扰时用于相乘的实部、虚部共轭因子。也就是根据Sci得到ScCii和ScCqi
解扰的过程即将所述数据乘以共轭的实部、虚部扰码因子。如以下表达式:
Q 1 · Sc Ci 1 - jI 1 · ScCq 1 , - I 2 · ScCi 2 - jQ 2 · ScCq 2 , - Q 3 · ScCi 3 + jI 3 · ScCq 3 ,
I 4 · ScCi 4 + jQ 4 · ScCq 4 , . . . I 2 n · ScCi 2 n + jQ 2 n · ScCq 2 n . (表达式6)
将表达式6改成:
I_X1+jQ_X1,I_X2+jQ_X2,I_X2n+jQ_X2n
如果希望一次将所有码道的数据全解出来,则不需要控制电路,但实际中一般不需要一次同时解出这么多码道的信号,为了节省电路,将2n个码道分多次处理,只需切换加减法器的属性使其处于加法或减法即可。
由于2n个码道的解扰解扩电路结构是一致的,下面以16个码道,分4次来解扩来描述解扰解扩的电路结构。
解扩是将码片级的数据处理成符号级的数据。在本发明中采用的快速沃尔什哈达码变换(FWHT)来完成解扩功能的。
信道码是所谓的哈达码,SF=16时共有16个码道,其信道码表示如下式:
Figure YZ0000014346264000061
所以解扩的过程可以表达成:(表达式8)
C _ SF 16 _ S = H 16 · I _ X 1 + jQ _ X 1 I _ X 2 + jQ _ X 2 I _ X 3 + jQ _ X 3 I _ X 4 + jQ _ X 4 I _ X 5 + jQ _ X 5 I _ X 6 + jQ _ X 6 I _ X 7 + jQ _ X 7 I _ X 8 + jQ _ X 8 I _ X 9 + jQ _ X 9 I _ X 10 + jQ _ X 10 I _ X 11 + jQ _ X 11 I _ X 12 + jQ _ X 12 I _ X 13 + jQ _ X 13 I _ X 14 + jQ _ X 14 I _ X 15 + jQ _ X 15 I _ X 16 + jQ _ X 16
这就是所谓的沃尔什-哈达码变换。
SF=8时共有8个码道,其信道码表示如下式:(表达式9)
Figure YZ0000014346264000071
由于缓存了16码片的IQ数据,所以一次可以解扩2个符号。第一个符号的解扩的过程可以表达成:(表达式10)
C _ SF 8 _ S 2 = H 8 · I _ X 1 + jQ _ X 1 I _ X 2 + jQ _ X 2 I _ X 3 + jQ _ X 3 I _ X 4 + jQ _ X 4 I _ X 5 + jQ _ X 5 I _ X 6 + jQ _ X 6 I _ X 7 + jQ _ X 7 I _ X 8 + jQ _ X 8
第二个符号的解扩的过程可以表达成:(表达式11)
C _ SF 8 _ S 2 = H 8 · I _ X 9 + jQ _ X 9 I _ X 10 + jQ _ X 10 I _ X 11 + jQ _ X 11 I _ X 12 + jQ _ X 12 I _ X 13 + jQ _ X 13 I _ X 14 + jQ _ X 14 I _ X 15 + jQ _ X 15 I _ X 16 + jQ _ X 16
当SF=4时共有4个码道,其信道码表示如下式:(表达式12)
Figure YZ0000014346264000074
由于缓存了16码片的IQ数据,所以一次可以解扩4个符号。第一个符号的解扩的过程可以表达成:(表达式13)
C _ SF 4 _ S 1 = H 4 · I _ X 1 + jQ _ X 1 I _ X 2 + jQ _ X 2 I _ X 3 + jQ _ X 3 I _ X 4 + jQ _ X 4
第二个符号的解扩的过程可以表达成:(表达式14)
C _ SF 4 _ S 2 = H 4 · I _ X 5 + jQ _ X 5 I _ X 6 + jQ _ X 6 I _ X 7 + jQ _ X 7 I _ X 8 + jQ _ X 8
第三个符号的解扩的过程可以表达成:(表达式15)
C _ SF 4 _ S 3 = H 4 · I _ X 9 + jQ _ X 9 I _ X 10 + jQ _ X 10 I _ X 11 + jQ _ X 11 I _ X 12 + jQ _ X 12
第四个符号的解扩的过程可以表达成:(表达式16)
C _ SF 4 _ S 4 = H 4 · I _ X 13 + jQ _ X 13 I _ X 14 + jQ _ X 14 I _ X 15 + jQ _ X 15 I _ X 16 + jQ _ X 16
当SF=2时共有2个码道,其信道码表示如下式:(表达式17)
Figure YZ0000014346264000085
由于缓存了16码片的IQ数据,所以一次可以解扩8个符号。第一个符号的解扩的过程可以表达成:(表达式18)
C _ SF 2 _ S 1 = H 2 · I _ X 1 + jQ _ X 1 I _ X 2 + jQ _ X 2
第2个符号的解扩的过程可以表达成:(表达式19)
C _ SF 2 _ S 2 = H 2 · I _ X 3 + jQ _ X 3 I _ X 4 + jQ _ X 4
第4个符号的解扩的过程可以表达成:(表达式21)
C _ SF 2 _ S 4 = H 2 · I _ X 7 + jQ _ X 7 I _ X 8 + jQ _ X 8
第8个符号的解扩的过程可以表达成:(表达式25)
C _ SF 2 _ S 8 = H 2 · I _ X 15 + jQ _ X 15 I _ X 16 + jQ _ X 16
当SF=1时,只有1个码道,不需要解扩,解扰后的数据就是所需数据。
根据多径的位置和/或扩频因子分解得到相应的数据。
不同的扩频因子,数据的抽取位置不相同。因此根据多径的位置,从解扩的结果中提取相应的数据。由于本发明是将每个多径的所有相位都进行了解扰解扩,所以可以根据有效多径的位置来取出相应的数据。
实施例
下面参照附图,结合具体实施例对本发明进一步描述。
输入数据缓存是两组移位寄存器组,如附图2所示:在每个时钟沿,I、Q数据从I_Reg1和Q_Reg1移入,I1~I16和Q1~Q16是输出,由于数据是两采样,所以每组寄存器为32个。
扰码共轭发生器的作用是根据DSP配置的扰码,直接产生出解扰时与实部、虚部相乘的因子。根据表达式5,扰码共轭发生单元的电路结构如附图3所示。
从表达式5和附图3中可得到MuCi[16:1]=0110011001100110,MuCq=1100110011001100。其中0代表1,1代表-1。
根据表达式6,解扰的电路结构图如附图4所示,输入数据为I1~I16和Q1~Q16,输出数据为I_X1~I_X16和Q_X1~Q_X16,这些解扰后的数据被用于进行FWHT。
根据控制方便,节省电路的原则,采用快速蝶形算法,解扩电路如图5所示,图中仅仅给出I路解扩的结构图,Q路解扩和I路完全一样。图中将加减法器编成两组,解扩控制就是控制这两组加减法器组的加减属性。
由于本发明是以最大扩频因子SF=16为例子来阐明SF=2n的解扰解扩原理和实现,由于前面输入I、Q数据缓存的是16码片的数据,所以对SF=16,共有16个信道码,本电路对一个码道来说一次只能解出一个符号的数据;当SF=8,共有8个信道码,一次可以解出一个码道的两个符号的数据;当SF=4,共有4个信道码,一次可以解出一个码道的四个符号的数据;当SF=2,共有2个信道码,一次可以解出一个码道的八个符号的数据;当SF=1,只有一个信道码,一次可以解出一个码道的1 6个符号的数据。
下面分别说明SF=16,SF=8,SF=4,SF=2,SF=1的解扩实现。
解扩控制是为了节省电路,当SF=16时,由于最多有16个信道码,如果要一次算出每一个码道一个符号的数据,则需要的加减法器比较多,现将16个信道码的处理分成4批来处理,其控制也非常简单,将编号为1~16的信道码分成4组,1~4、5~8、9~12和13~16四组。每次解扩一组信道码的1个符号的数据。对不同的组,只是切换一下加减法器组的属性使其处于加法或减法即可。对每一组信道码来说,其输入的解扰数据是一样的。
在SF=16时,当解扩信道码1~4时加减法器组1全是加法,加减法器组2也全为加法;当解扩信道码5~8时加减法器组1全是加法,加减法器组2全为减法;当解扩信道码9~12时加减法器组1全是减法,加减法器组2全为加法;当解扩信道码13~16时加减法器组1全是减法,加减法器组2也全为减法。
当SF=8时,将8个信道码的处理分成4组,每组2个信道码,它们分别是:1~2,3~4,5~6,7~8四组。每次解扩一组信道码的2个符号的数据,所以分4次完成8个信道码的16个符号的解扩。当解扩信道码1~2时加减法器组1全是加法,加减法器组2也全为加法;当解扩信道码3~4时加减法器组1全是加法,加减法器组2全为减法;当解扩信道码5~6时加减法器组1全是减法,加减法器组2全为加法;当解扩信道码7~8时加减法器组1全是减法,加减法器组2也全为减法。
当SF=4时,将4个信道码的处理分成4组,每组1个信道码,它们分别是:1,2,3,4四组。每次解扩一个信道码的4个符号的数据,所以分4次完成4个信道码的16个符号的解扩。当解扩信道码1时加减法器组1全是加法,加减法器组2也全为加法;当解扩信道码2时加减法器组1全是加法,加减法器组2全为减法;当解扩信道码3时加减法器组1全是减法,加减法器组2全为加法;当解扩信道码4时加减法器组1全是减法,加减法器组2也全为减法。
当SF=2时,将2个信道码的处理分成2组,每次1个信道码,它们分别是:1,2两组。每次解扩一个信道码的8个符号的数据,所以分2次完成2个信道码的16个符号的解扩。当解扩信道码1时加减法器组1全是加法;当解扩信道码2时加减法器组1全是减法。
当SF=1时,不需要解扩,解扰后的数据就是符号级的数据,每次16个。
结果抽取是从解扩的结果中抽取出有效的数据。FWHT已经将每个信道码的每一个相位都解出来了,而对每一个信道来说,其有效多径一般是6个左右,将过多的无效多径进行合并不但浪费电路,而且会影响性能。所以必须从FWHT的结果中抽取出有效多径的结果。图中也给出SF=1、2、4、8和16的数据抽取点。
当扩频因子为2n时,其解扰解扩的电路结构与上述图5描述完全类似,在此不再赘述。

Claims (5)

1.一种解扰解扩方法,其特征在于,用于扩频因子为2n的解扰解扩,包括:
(a)将接收到的数字基带数据进行缓存,输入数据缓存是采用两组移位寄存器组,在每一个时钟沿,将所述数字基带数据从所述两组移位寄存器组的输入端移入;
(b)利用共轭扰码对所缓存的数据进行解扰,根据DSP配置的扰码,直接产生出解扰时用于与实部、虚部相乘的共轭的实部、虚部扰码因子,将所述数据乘以所述实部、虚部扰码因子;
(c)对解扰后的数据进行解扩,通过数据码变换将码片级的数据转化为符号级的数据,采用快速蝶形算法,将加减法器编成两组,解扩控制是控制所述两组加减法器组的加减属性;
(d)根据多径的位置和/或扩频因子分解得到相应的数据,不同的扩频因子,数据的抽取位置不同,将每个多径的所有相位都进行了解扰解扩,根据有效多径的位置,从解扩的结果中提取相应的数据。
2.如权利要求1所述的解扰解扩方法,其特征在于,所述数据码变换为快速沃尔什哈达码变换。
3.如权利要求1所述的解扰解扩方法,其特征在于,利用控制信号,采用时分复用方式对多个码道的数据进行分批处理。
4.一种解扰解扩装置,其特征在于,用于扩频因子为2n的解扰解扩,包括:数据缓冲单元,将解调得到的数据进行缓存,输入数据缓存是采用两组移位寄存器组,在每一个时钟沿,将所述数字基带数据从所述两组移位寄存器组的输入端移入;
共轭扰码发生单元,根据DSP配置的扰码,直接产生出解扰时用于与实部、虚部相乘的共轭的实部、虚部扰码因子;
解扰单元,用于将所述数据乘以共轭的实部、虚部扰码因子,并将所得的数据输入解扩单元;
解扩单元,通过数据码变换将码片级的数据分解为字符,采用快速蝶形算法,将加减法器编成两组,解扩控制是控制所述两组加减法器组的加减属性;
数据分解单元,根据多径的位置和/或扩频因子分解得到相应的数据,不同的 扩频因子,数据的抽取位置不同,将每个多径的所有相位都进行了解扰解扩,根据有效多径的位置,从解扩的结果中提取相应的数据。
5.如权利要求4所述的解扰解扩装置,其特征在于,还包括控制单元,用于产生控制信号,以采用时分复用方式对多个码道的数据进行分批处理。 
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