CN101098324A - 实现wcdma系统中扰码相位快速旋转的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现WCDMA系统中扰码相位快速旋转的方法及装置，当多径相位向前更新时，对多径相位更新后的相位变化差进行除16或者256运算，再进行加法运算，得到需要扰码相位加速的次数，然后通过加速次数计数器和比较器，即可实现扰码相位加速旋转。然后对于多径相位向后更新，采用扰码等待码片计数器，比较器，就可以实现多径相位更新后的对扰码相位的等待/加速控制和实现。本发明避免了单独使用扰码发生器来进行扰码加速旋转导致的整个RAKE接收机的时分复用效率降低，保证了RAKE接收机的时分复用效率；使用的硬件资源只是一些简单的逻辑器件硬件资源要小于使用矩阵计算扰码新的相位需要的硬件资源，从而节约了硬件资源。

Description

实现WCDMA系统中扰码相位快速旋转的方法及装置

技术领域

本发明涉及宽带码分多址系统(WCDMA)的基带处理器技术，尤其涉及的是基站多路信道并行处理情况下多径更新情况下扰码相位旋转的实现方法，以及其硬件实现装置。

背景技术

在宽带码分多址通信系统中，为了抗干扰、抗多径、抗截获、保密、多址通信、实现同步等，采用一个伪随机码序列对信号进行加密，也就是对扩频信号进行加扰。当基站通过射频接收得到用户发送的基带信号时，需要对接收到的基带信号进行加扰的逆操作也就是解扰。在宽带码分多址通信系统中，上行链路通常采用Gold码的长扰码实现信号的加扰，所以基站也相应采用Gold码的长扰码对基带信号进行解扰。用于加扰和解扰的长扰码是复数扰码，分为实部和虚部，复数长扰码的实部和虚部是由长扰码序列X、Y中的部分比特通过模2相加得到的。

3GPP TS 25.213协议中介绍的扰码生成和扰码序列相位偏移方法如附图1所示。其中每个小方框表示X和Y序列的一个bit位，对于X和Y序列，最高位即为X²⁴和Y²⁴。同时附图1中的

表示异或运算。附图1中输出的C_long，1，n(i)和Clong，2，n(i)构成最终WCDMA的复数长扰码C_long，n(i)，复数长扰码C_long，n(i)序列按照下面的公式生成：

C_long，n(i)＝c_long，1，n(i)(1+j(-1)ⁱc_long，2，n(2i/2))

这里，i＝0，1，...，38399，表示取最近的较小的整数。

C_long，1，n和C_long，2，n序列是由两个二进制m序列的38400个码片的模2异或产生，这两个二进制m序列是由25阶生成多项式产生的，命X和Y代表两个m序列，X序列是由生成多项式X²⁴+X³+1产生的，Y序列是由生成多项式Y²⁴+Y³+Y²+Y+1产生的。两个序列共同构成Gold序列。

每生成一个复数长扰码，25比特的扰码序列X、Y都要根据各自的生成多项式得到偏移一个相位后新的25比特序列X₁、Y₁，再用X₁、Y₁去生成下一个相位的复数长扰码，以此类推，一直得到38400个不同相位的复数长扰码。

在WCDMA系统的RAKE接收机中，扰码的产生是RAKE解调过程的一个核心，也是一个主要的难点。其中扰码的产生主要的困难在于多径相位的变化。在WCDMA系统中，由于用户信息在空中传输的路径和环境不断变化，因此每个用户的多径相位也是在不断变化的，这样在RAKE解调过程中，需要扰码发生器不断根据多径相位的变化调整自己产生的扰码相位。其中如果多径相位更新后的相位比更新前晚，则扰码发生器需要停止生成扰码，而是等待到新的多径相位与扰码发生器的相位对齐。如果多径相位更新后的相位比更新前提前，则需要扰码发生器加速扰码相位旋转，从而尽快赶上多径相位，实现扰码与多径相位对应的天线数据对齐。

目前基于多径相位变化情况对扰码产生的控制方式主要有两种：一种是通过控制专门的扰码发生器一个bit一个bit的转过去；一种是通过矩阵运算计算出经过多径相位调整之后的新的扰码相位，然后用该相位开始重新生成与新的多径相位对应得天线数据同步的扰码。其中前一种方法由于每次只能旋转一个bit的扰码，因此如果多径相位更新后的相位比更新前提前，则扰码要想加速，只能依靠占用一个码片时间内的多个处理时钟周期来实现，更新后的相位比更新前的相位提前越多，则占用的处理时钟周期越多，这样在时分复用的RAKE接收机中会降低RAKE接收机的效率。对于第二种方法，由于矩阵运算需要较多的硬件来实现矩阵的行列并行运算，因此会增加整个RAKE接收机的硬件资源。

发明内容

为了克服现有技术中扰码单bit旋转速度太慢，影响RAKE接收机时分复用效率，而使用矩阵运算资源消耗太大的缺点，本发明提供基于多径相位变化的一种实现WCDMA系统扰码相位快速旋转的方法及装置。本发明提出一种新的实现结构，节省硬件资源开销，使得在多径的相位变化时，能够快速的使扰码旋转到与新的相位同步的位置。

本发明的技术方案具体是这样的：

一种实现WCDMA系统扰码相位快速旋转的方法，包括如下步骤：

第一步，使用相位差计算单元计算更新前后的多径相位之间的相位差；

第二步，根据多径相位差，用等待/加速判决器判断扰码发生器是多径向前更新还是多径向后更新；

第三步，如果多径向前更新，且多径相位差小于256，

则多径相位差在除16计算器中进行除16计算，在加法器中把除16计算的商和余数进行模2相加，得到需要的加速次数和最后一次加速的码片数；

第四步，如果多径向前更新，且多径相位差大于等于256，

则多径相位差在除256计算器中进行除256计算，在加法器中把除256计算的商和余数进行模2相加，得到一个和值；在除16计算器中对和值进行除16计算；在加法器中把除16计算的商和余数进行模2相加，得到需要的加速次数和每次对应的加速码片数；

第五步，得到需要加速的次数和每次对应加速的码片数后，扰码发生器开始加速产生扰码，加速次数计数器进行计数；

第六步，在比较器中对加速次数计数器的计数结果与实际需要进行加速的次数进行比较，如果相等，则扰码改成正常的产生方式，否则继续加速扰码产生；

第七步，如果多径相位向后更新，则等待码片计数器对扰码停止等待的码片数进行计数；

第八步，在比较器中比较等待码片计数值与多径相位差是否相等，如果相等，则扰码发生器开始正常产生扰码，否则继续等待。

所述第三步，如果除16计算的商和余数进行模2相加得到的和大于16，则得到实际的加速次数是除16计算的商与2的和，其中最后一次加速的码片数是除16计算的商和余数进行模2相加得到的和与16的差的值；否则实际的加速次数是除16计算的商与1的和，其中最后一次加速的码片数是除16计算的商和余数进行模2相加得到的和。

所述第四步，如果除16计算的商等于16，在加法器中得到的实际加速次数为：除256计算的商与16的乘积再加上18得到的和值，其中最后一次的码片数是除16计算的余数。

所述第四步，如果除16计算的商不等于16，

若在加法器中把除16计算的商和余数进行模2相加得到的和值大于16，则实际加速次数为：除256计算的商与16的乘积、除16计算的商和2三者相加得到的和值，最后一次的码片数是除16计算的商和余数进行模2相加得到的和值与16的差；

否则，在加法器中把除16计算的商和余数进行模2相加得到的和值不大于16，则实际加速次数为：除256计算的商与16的乘积、除16计算的商和1三者相加得到的和值，最后一次的码片数是除16计算的商和余数进行模2相加得到的和值。

一种实现WCDMA系统扰码相位快速旋转的装置，包括：

相位差计算单元、等待/加速判决器、等待码片计数器、比较器、除16计算器、加法器、除256计算器、加速次数计数器；

所述相位差计算单元，用于计算更新前后的多径相位之间的相位差；

所述等待/加速判决器，用于判断扰码发生器是停止产生扰码等待还是加速产生扰码来跟上新的多径相位：

如果是停止产生扰码等待，则等待码片计数器对等待的码片个数进行计数，然后与相位差在比较器中进行比较，如果相等则扰码发生器开始继续正常产生扰码；

如果是加速产生扰码来跟上新的多径相位，首先判断相位差是否大于256码片，如果大于256，则在除256计算器中先除256，然后商和余数在加法器中进行模2相加，结果在除16计算器中再除16，然后得到的商和余数在加法器中再进行模2相加；

如果小于256，则只需要在除16计算器中进行除16计算，最后余数和商在加法器中相加即为需要加速的次数；加速次数计数器进行计数，然后在比较器中根据加速的次数与加速次数计数器的比较来判断是否扰码已经加速赶上了多径相位，如果赶上则可以开始正常产生扰码。

本发明一方面由于它可以加速扰码产生，从而避免了单独使用扰码发生器来进行扰码加速旋转导致的整个RAKE接收机的时分复用效率降低，保证了RAKE接收机的时分复用效率；另一方面它使用的硬件资源只是一些简单的加法器，计数器，计算器，比较器等，硬件资源要小于使用矩阵计算扰码新的相位需要的硬件资源，从而节约了硬件资源。总之比较以前的RAKE接收机的扰码发生器控制，在硬件资源和效率上都有了较多的优化和提高。

附图说明

图1为3GPP协议提供的WCDMA系统的扰码发生器结构示意图；

图2为3GPP协议提供的WCDMA系统的扰码发生器去掉产生扰码IQ的逻辑部分之后的结构示意图；

图3为本发明提供的WCDMA系统扰码相位快速旋转的方法流程图；

图4为本发明提供的WCDMA系统扰码相位快速旋转实现装置图。

具体实施方式

从附图1所示的扰码发生器可以看出，去掉产生扰码IQ的逻辑部分，剩余的单纯的扰码相位寄存器的移位发生器如附图2所示。

从该图可以看出，X、Y相位的最高位是第24bit，其中X相位的下一个第24bit是由第0比特和第3bit异或产生的，Y相位的下一个第24bit是由第0比特、第1比特、第2比特和第3bit异或产生的，同时X、Y当前的第1bit～第24bit向右移位形成下一次的第0bit～第23bit，实现一个bit的扰码序列移位，从而形成一次扰码相位的移位过程。

因此如果一次想实现二个bit的移位，那么其中X相位的下一个第24bit是由第1比特和第4bit异或产生的，第23bit是由第0比特和第3bit异或产生的，Y相位的下一个第24bit是由第1比特、第2比特、第3比特和第4bit异或产生的，第23bit是由第0比特、第1比特、第2比特和第3bit异或产生的，同时X、Y当前的第2bit～第24bit向右移位形成下一次的第0bit～第22bit，这样就实现扰码相位的二个相位的旋转。

依此类推，为了控制的方便，选择16作为一次扰码移位实现的相位旋转值，对应一次实现16个相位旋转，则X相位的下一个第24bit是由第15比特和第18bit异或产生的，第23bit是由第14比特和第17bit异或产生的，......，第10bit是由第1比特和第4bit异或产生的，第9bit是由第0比特和第3bit异或产生的，Y相位的下一个第24bit是由第15比特、第16比特、第17比特和第18bit异或产生的，第23bit是由第14比特、第15比特、第16比特和第17bit异或产生的，......，第10bit是由第1比特、第2比特、第3比特和第4bit异或产生的，第9bit是由第0比特、第1比特、第2比特和第3bit异或产生的，同时X、Y当前的第16bit～第24bit向右移位形成下一次的第0bit～第8bit，即实现扰码的16个相位的旋转。因此每个时钟周期最快可以实现16倍的扰码相位加速旋转。

因此当多径相位向前更新时，对多径相位更新后的相位变化差进行除16或者256运算，再进行加法运算，得到需要扰码相位加速的次数，然后通过加速次数计数器和比较器，即可实现扰码相位加速旋转。然后对于多径相位向后更新，采用扰码等待码片计数器，比较器，就可以实现多径相位更新后的对扰码相位的等待/加速控制和实现。

以下结合附图，对本发明进行详细说明。

附图1给出了3GPP TS 25.213协议中描述的扰码发生器实现示意图。

从示意图上可以看出，正常的扰码发生方法的缺点是每次只能移动扰码序列一个相位，对于扰码序列相位偏移量较大时需要多次移位才能完成。

附图2给出了3GPP协议提供的WCDMA系统的扰码发生器去掉产生扰码输出的C_long，1，n(i)和C_long，2，n(i)部分之后的结构示意图。

从示意图上可以看出，扰码相位可以一次实现多个扰码相位的旋转。

附图3是本发明提供的WCDMA系统扰码相位快速旋转的方法流图

一种WCDMA系统扰码快速旋转的方法，包括如下步骤：

首先使用相位差计算单元计算更新前的多径相位和更新后的多径相位之间的相位差。

然后根据多径相位差，用等待/加速判决器判断扰码发生器是停止产生扰码等待还是加速产生扰码来跟上新的多径相位。经过等待/加速判决器之后会有两个处理分支，如果多径向前更新，产生加速判决，则需要扰码加速产生来同步多径相位数据；如果多径向后更新，产生等待判决，则需要扰码停止产生来同步多径相位。

如果多径向前更新，也即扰码发生器需要加速，则首先需要判断更新前后多径相位的相位差是否小于256码片。如果小于256码片是一个处理分支，否则是另一个处理分支。

当多径向前更新，并且多径相位差小于256码片时，多径相位差在除16计算器A中进行除16计算，得到除16以后得到的商β₀和余数γ₀；

然后在加法器A中把商β₀和余数γ₀进行模2相加，得到和值α₀，如果和值α₀大于16，则得到实际的加速次数是β₀+2，其中最后一次加速的码片数是α₀-16的值；否则实际的加速次数是β₀+1，其中最后一次加速的码片数是α₀；

当多径向前更新，并且多径相位差大于等于256码片时，多径相位差先在除256计算器中进行除256计算，得到除256以后得到的商β₀和余数γ₀；

然后在加法器B中把商β₀和余数γ₀进行模2相加，得到和值α₀；

接着对和值α₀在除16计算器B中进行除16计算，得到除16以后得到的商β₁和余数γ₁；

如果商β₁是16，则在加法器C计算得到实际的加速次数是β₀×16+18，其中最后一次是余数γ₁。如果商β₁不等于16，则在加法器C中把商β₁和余数γ₁进行模2相加，得到和值α₁，如果和值α₁大于16，则得到实际的加速次数是β₀×16+β₁+2，其中最后一次加速的码片数是和值α₁减去16的值；否则实际的加速次数是β₀×16+β₁+1，其中最后一次加速的码片数是和值α₁；

不论相位差是否小于256码片，最后都得到需要加速的次数和每次对应加速的码片数，然后扰码发生器开始加速产生扰码，除了最后一次之外，每次加速产生16个相位的扰码相位，同时加速次数计数器进行计数；

在比较器B中用加速次数计数器的计数结果与实际需要进行加速的次数进行比较。如果相等，则扰码停止加速，改成正常的产生方式；否则继续加速扰码产生，直到扰码相位与新的多径相位数据同步；

如果多径相位向后更新，则需要扰码停止产生来同步多径相位。这时等待码片计数器对扰码停止产生的码片数进行计数；

在比较器A中比较等待码片计数器的计数结果与多径相位差是否相等。如果相等，则扰码发生器开始正常产生扰码，否则扰码继续停止产生，直到新的多径相位数据与扰码相位同步。

最后当比较值相等时，加速或者等待分支的比较器输出给扰码发生器，让它开始正常产生扰码，从而实现扰码相位的快速旋转。

附图4是本发明提供的WCDMA系统扰码相位快速旋转实现装置图。

本发明所提供的一种WCDMA的扰码相位快速旋转的方法和装置，采用相位差计算单元，等待/加速判决器，等待码片计数器，除16计算器A和除16计算器B，除256计算器，加法器A，加法器B，加法器C，加速次数计数器，比较器A和比较器B。实现了多径的相位变化后扰码的相位快速旋转。

当多径相位进行更新时，将当前多径相位和新的多径相位输入到相位差计算单元中，计算出更新前后的多径相位差k。

然后用等待/加速判决器根据多径相位差k判断多径相位是向前更新还是向后更新，从而判断扰码发生器是停止产生扰码等待还是加速产生扰码来跟上新的多径相位。

当多径向前更新，并且多径相位差小于256码片时，在除16计算器A中对多径相位差进行除16计算，得到商β₀和余数γ₀。

然后在加法器A中把商β₀和余数γ₀进行模2相加，得到和值α₀，如果和值α₀大于16，则得到实际的加速次数是β₀+2，其中最后一次加速的码片数是α₀-16的值；否则实际的加速次数是β₀+1，其中最后一次加速的码片数是α₀。并将实际的加速次数m和最后一次加速的码片数n送给后面的加速次数计数器和比较器B。

当多径向前更新，并且多径相位差大于等于256码片时，在除256计算器中对多径相位差进行除256计算，得到除256以后得到的商β₀和余数γ₀。

然后在加法器B中把商β₀和余数γ₀进行模2相加，得到和值α₀；

接着对和值α₀在除16计算器B中进行除16计算，得到除16以后得到的商β₁和余数γ₁。

如果商β₁是16，则在加法器C计算得到实际的加速次数是β₀×16+18，其中最后一次是余数γ₁。如果商β₁不等于16，则在加法器C中把商β₁和余数γ₁进行模2相加，得到和值α₁，如果和值α₁大于16，则得到实际的加速次数是β₀×16+β₁+2，其中最后一次加速的码片数是和值α₁减去16的值；否则实际的加速次数是β₀×16+β₁+1，其中最后一次加速的码片数是和值α₁。并将实际的加速次数m和最后一次加速的码片数n送给后面的加速次数计数器和比较器B。

当相位向前更新，扰码发生器加速产生扰码时，加速次数计数器进行加1计数。

每次加速次数计数器的计数值在比较器B中实际需要的加速次数m进行比较。如果相等，则扰码停止加速，改成正常的产生方式；否则继续加速扰码产生，加速次数计数器继续进行计数。

当多径相位向后更新，则需要扰码停止产生来同步多径相位。这时等待码片计数器对扰码等待的每一个码片进行加1计数；

每次等待码片计数器的计数值在比较器A中与多径相位差k是否相等。如果相等，则扰码发生器开始正常产生扰码，否则扰码继续等待，等待码片计数器继续进行计数。

最后比较器A和比较器B在输入比较为相等时，输出给扰码发生器一个信号，控制扰码发生器开始正常产生扰码。

Claims (5)

1、一种实现WCDMA系统扰码相位快速旋转的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，使用相位差计算单元计算更新前后的多径相位之间的相位差；

第二步，根据多径相位差，用等待/加速判决器判断扰码发生器是多径向前更新还是多径向后更新；

第三步，如果多径向前更新，且多径相位差小于256，

则多径相位差在除16计算器中进行除16计算，在加法器中把除16计算的商和余数进行模2相加，得到需要的加速次数和最后一次加速的码片数；

第四步，如果多径向前更新，且多径相位差大于等于256，

则多径相位差在除256计算器中进行除256计算，在加法器中把除256计算的商和余数进行模2相加，得到一个和值；在除16计算器中对和值进行除16计算；在加法器中把除16计算的商和余数进行模2相加，得到需要的加速次数和每次对应的加速码片数；

第五步，得到需要加速的次数和每次对应加速的码片数后，扰码发生器开始加速产生扰码，加速次数计数器进行计数；

第六步，在比较器中对加速次数计数器的计数结果与实际需要进行加速的次数进行比较，如果相等，则扰码改成正常的产生方式，否则继续加速扰码产生；

第七步，如果多径相位向后更新，则等待码片计数器对扰码停止等待的码片数进行计数；

第八步，在比较器中比较等待码片计数值与多径相位差是否相等，如果相等，则扰码发生器开始正常产生扰码，否则继续等待。

2、如权利要求1所述的实现WCDMA系统扰码相位快速旋转的方法，其特征在于：

所述第三步，如果除16计算的商和余数进行模2相加得到的和大于16，则得到实际的加速次数是除16计算的商与2的和，其中最后一次加速的码片数是除16计算的商和余数进行模2相加得到的和与16的差的值；否则实际的加速次数是除16计算的商与1的和，其中最后一次加速的码片数是除16计算的商和余数进行模2相加得到的和。

3、如权利要求1所述的实现WCDMA系统扰码相位快速旋转的方法，其特征在于：

所述第四步，如果除16计算的商等于16，在加法器中得到的实际加速次数为：除256计算的商与16的乘积再加上18得到的和值，其中最后一次的码片数是除16计算的余数。

4、如权利要求3所述的实现WCDMA系统扰码相位快速旋转的方法，其特征在于：

所述第四步，如果除16计算的商不等于16，

若在加法器中把除16计算的商和余数进行模2相加得到的和值大于16，则实际加速次数为：除256计算的商与16的乘积、除16计算的商和2三者相加得到的和值，最后一次的码片数是除16计算的商和余数进行模2相加得到的和值与16的差；

否则，在加法器中把除16计算的商和余数进行模2相加得到的和值不大于16，则实际加速次数为：除256计算的商与16的乘积、除16计算的商和1三者相加得到的和值，最后一次的码片数是除16计算的商和余数进行模2相加得到的和值。

5、一种实现WCDMA系统扰码相位快速旋转的装置，其特征在于，包括：

一种实现WCDMA系统扰码相位快速旋转的装置，包括：

相位差计算单元、等待/加速判决器、等待码片计数器、比较器、除16计算器、加法器、除256计算器、加速次数计数器；

所述相位差计算单元，用于计算更新前后的多径相位之间的相位差；

所述等待/加速判决器，用于判断扰码发生器是停止产生扰码等待还是加速产生扰码来跟上新的多径相位：

如果是停止产生扰码等待，则等待码片计数器对等待的码片个数进行计数，然后与相位差在比较器中进行比较，如果相等则扰码发生器开始继续正常产生扰码；

如果是加速产生扰码来跟上新的多径相位，首先判断相位差是否大于256码片，如果大于256码片，则在除256计算器中先除256，然后商和余数在加法器中进行模2相加，结果在除16计算器中再除16，然后得到的商和余数在加法器中再进行模2相加；

如果小于256码片，则只需要在除16计算器中进行除16计算，最后余数和商在加法器中相加即为需要加速的次数；加速次数计数器进行计数，然后在比较器中根据加速的次数与加速次数计数器的比较来判断是否扰码已经加速赶上了多径相位，如果赶上则可以开始正常产生扰码。

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