CN101814933B - 基于td-scdma接收机的预缩放方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明基于TD-SCDMA接收机的预缩放方法，包括：根据基带信号进行功率估计，获得中导码信号功率；对中导码信号功率进行平滑处理，获得中导码信号平均功率P；预先设置门限功率Pt以及初始值为零的移位数shift，比较P与Pt的大小并根据比较结果确定预缩放系数；根据预缩放系数对基带信号进行左移或右移，获得预缩放后的基带信号；对预缩放后的基带信号进行信道估计与检测处理，恢复出原始信息。同时还提出基于TD-SCDMA接收机的预缩放装置，包括：功率估计模块、平滑模块、比较模块、移位整形模块、以及信道估计与检测模块。本发明通过简单累加或递减运算确定预缩放系数，大大降低运算复杂度，有利于硬件实现并且降低成本。

Description

基于TD-SCDMA接收机的预缩放方法和装置

技术领域

本发明涉及TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code DivisionMultiple Access，即时分同步码分多址)移动通信技术，具体涉及一种基于TD-SCDMA接收机的预缩放方法和装置。

背景技术

TD-SCDMA移动通信系统是第三代移动通信系统中三大国际标准之一。由于TD-SCDMA使用较短的扩频码进行扩谱，所以码间串扰与多址干扰成为TD-SCDMA通信系统天然的缺点。当前的TD-SCDMA通信系统通常采用联合检测技术或者干扰抵消技术来减少码间串扰和多址干扰对通信链路的影响。

通常TD-SCDMA接收机中，为减少检测算法的复杂度，系统实现时会对此进行定点化处理。另一方面，无线通信系统由于信道衰落的影响，输入信号幅度的变化会非常大。信号幅度的变化极易造成定点化处理的溢出，从而导致无线链路通信失败。为保证良好的通信链路质量，在TD-SCDMA接收机中必须进行自适应预缩放控制。专利申请号为CN200780036561.5的文件中，公开了一种TD-SCDMA接收机预缩放方案，该方案采用初始信道估计功率值来作为预缩放控制的参考量。但是，这样需要进行复杂的信道估计，信道估计中需要进行复杂的匹配运算或者频域处理，运算的复杂度较高，不利于硬件实现，并且所花费的成本代价较高。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种基于TD-SCDMA接收机的预缩放方法和装置，不需要进行复杂信道估计，即可实现预缩放控制。

本发明提出基于TD-SCDMA接收机的预缩放方法，包括：

步骤S1，根据基带信号进行功率估计，计算获得中导码信号功率；

步骤S2，对所述中导码信号功率进行平滑处理，计算获得中导码信号平均功率P；

步骤S3，预先设置门限功率Pt以及初始值为零的移位数shift，比较P与Pt的大小并根据比较结果确定预缩放系数；其中，根据比较结果确定预缩放系数的过程包括：若P＞Pt，则将shift减一，将P右移一个比特，并继续比较P和Pt的大小，直至P≤Pt时确定预缩放系数为shift最终值；若P＜Pt，则将shift加一，将P左移一个比特，并继续比较P和Pt的大小，直至P≥Pt时确定预缩放系数为shift最终值；

步骤S4，根据所述预缩放系数对所述基带信号进行左移或右移，获得预缩放后的基带信号；

步骤S5，对预缩放后的基带信号进行信道估计与检测处理，恢复出原始信息。

本发明还同时提出一种基于TD-SCDMA接收机的预缩放装置，包括：用于对信号进行功率估计的功率估计模块、用于对功率进行平滑处理的平滑模块、用于进行功率的比较的比较模块、用于对基带信号进行移位整形的移位整形模块、以及用于对信号进行信道估计与检测处理的信道估计与检测模块；其中，所述比较模块包含预先设置的门限功率Pt以及初始值为零的移位数shift；

所述功率估计模块对基带信号的中导码域进行功率估计，计算获得中导码信号功率，并将计算结果输出至所述平滑模块；所述平滑模块对所述中导码信号功率进行平滑处理，计算获得中导码信号平均功率P，并将计算结果输出至所述比较模块；

所述比较模块比较P与Pt的大小并根据比较结果确定预缩放系数；若P＞Pt，则比较模块将shift减一，将P右移一个比特，并继续比较P和Pt的大小，直至P≤Pt时比较模块确定预缩放系数为shift最终值；若P＜Pt，则将shift加一，将P左移一个比特，并继续比较P和Pt的大小，直至P≥Pt时比较模块确定预缩放系数为shift最终值；

所述比较模块将确定的预缩放系数输出至所述移位整形模块，所述移位整形模块根据所述预缩放系数对所述基带信号进行左移或右移，获得预缩放后的基带信号并将其输出至所述信道估计与检测模块；所述信道估计与检测模块对预缩放后的基带信号进行信道估计与检测处理，恢复出原始信息。

本发明的技术方案，先在TD-SCDMA通信系统中通过功率估计获得中导码的功率，再对其进行平滑处理获得中导码平均功率，然后比较该中导码平均功率和门限功率，根据比较结果进行简单的累加或递减确定预缩放系数，不需要进行复杂的信道估计过程，运算量极小。

附图说明

图1为TD-SCDMA子帧结构示意图；

图2是TD-SCDMA时隙结构示意图；

图3为基于TD-SCDMA接收机的预缩放方法流程图；

图4为基于TD-SCDMA接收机的预缩放装置示意图。

具体实施方式

本说明书中，TD-SCDMA子帧结构如图1所示，包括时隙0-时隙6、保护间隔时隙以及上行导频时隙。TD-SCDMA通信系统使用的子帧结构长度为L_sub＝6400。本说明书中，TD-SCDMA时隙结构如图2所示，包括数字符号域和中导码，位于每个时隙中部的中导码长度为L_mid＝144，数据符号域长度为L_data＝352。

实施例1：

本实施例描述一种基于TD-SCDMA接收机的预缩放方法，如图3所示，包括：

步骤S1，对基带信号r(i)进行功率估计，计算获得中导码信号功率。在进行功率估计时，既可以采用算术平方和平均的方法进行功率估计，也可以采用绝对值平方和平均的方法进行功率估计。算术平方和平均的方法比绝对值平方和平均的方法精度更高，但由于需要进行乘法运算，复杂度较高。本实施例以算术平方和的方法来进行说明。其中，n表示功率估计的次数，n的取值为n＝1，2，...，N。

算术平方和具体的计算过程为：

$P_s\left(n\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{L_{\mathrm{mid}}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r(n\·L_{\mathrm{sub}}+L_{\mathrm{data}}+i)\right|}^2}{L_{\mathrm{mid}}}$

若是本步骤采用绝对值平方和平均的方法进行功率估计，则相应的绝对值平均的计算过程参考以下过程执行：

$P_s\left(n\right)={\left[\frac{\underset{i=1}{\overset{L_{\mathrm{mid}}}{\mathrm{\Σ}}}\left|r(n\·L_{\mathrm{sub}}+L_{\mathrm{data}}+i)\right|}{L_{\mathrm{mid}}}\right]}^2$

步骤S2，获得中导码功率P_s(n)后，再对它进行平滑处理，计算获得中导码信号平均功率P。对中导码功率进行平滑处理时，既可以采用单次平均的方法，也可以是多次算术平均、能量加权平均或者遗忘因子平均的方法中任意一种。单次平均的平滑处理方法运算简单；多次算术平均的平滑处理方法精度较好；能量加权平均的平滑处理方法可以根据不同信噪比来对单次结果进行平均；遗忘因子平均的平滑处理方法可以带预测功能，在进行平滑处理时，可以根据不同需要选择平滑处理的方法。本实施例采用多次算术平均的平滑处理方法来对获得的中导码功率进行平滑处理。其中，N表示平滑长度，此处取N＝2。

多次算术平均具体的计算过程为：

$P=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_s\left(n\right)}{N}$

单次平均的具体计算过程为：

P＝P_s(n)

若是采用能量加权平均的平滑处理方法，相应的计算过程如下：

$P=\sqrt{\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left[P_s\left(n\right)\right]}^2}{N}}$

若是采用遗忘因子平均的平滑处理方法，相应的计算过程如下：

P[n]＝αP[n-1]+βP_s(n)

P[0]＝P_s(n)

式中遗忘因子α，β需要根据遗忘速度来确定。本实施例中均取值为1/2。

步骤S3，预先设置门限功率Pt以及初始值为零的移位数shift，比较P与Pt的大小并根据比较结果确定预缩放系数。其中，根据比较结果确定预缩放系数的过程包括：若P＞Pt，则将shift减一，将P右移一个比特，并继续比较P和Pt的大小，若对P右移一个比特后P和Pt之间的关系仍然为P＞Pt，则类似地对shift递减并将P继续右移，即shift将继续减一并且P将继续被右移一个比特，比较的过程一直持续到P≤Pt时，在P≤Pt时确定预缩放系数为shift最终值。若P＜Pt，则将shift加一，将P左移一个比特，并继续比较P和Pt的大小，若对P左移一个比特后P和Pt之间的关系仍然为P＜Pt，则类似地对shift累加并将P继续左移，即shift将继续加一并且P将继续被左移一个比特，比较的过程一直持续到P≥Pt时，在P≥Pt时确定预缩放系数为shift最终值。

步骤S4，根据预缩放系数对基带信号进行左移或右移，获得预缩放后的信号。在获得预缩放系数后，若预缩放系数为正，则将基带信号左移若干比特，左移的比特数值与预缩放系数的数值相同，例如预缩放系数为+5时，则将基带信号左移5个比特。若预缩放系数为负，则将基带信号右移若干比特，右移的比特数值与预缩放系数的数值相同，例如预缩放系数为-4时，则将基带信号右移4个比特。

步骤S5，在信号经过预缩放后，对预缩放后的信号进行信道估计与检测处理，恢复出原始信息。信道估计过程是利用时隙的中导码部分估计出无线信道冲激响应。然后可以把无线信道冲激响应对基带信号的影响进行矫正。检测的过程是对均衡后的基带信号进行解星座图映射以及解码等过程，最终恢复出原始信息。在本步骤中，可以采用联合检测算法、干扰抵消算法或多径合并接收算法，对预缩放后的信号进行信道估计与检测处理。联合检测算法可以较好地消除多用户和多径对基带信号的影响，但复杂度最高；干扰抵消算法复杂度较低，但性能比联合检测算法低；多径合并接收算法简单易行，但受多径影响较大，性能最差。可以根据需要选择不同的算法来进行信道估计与检测处理。

联合检测算法过程：首先根据中导码对各个物理码道进行信道估计，构建信道估计矩阵，对基带信号进行匹配滤波，求解信道估计逆矩阵，最后进行矩阵均衡和解映射恢复出原始信息。

干扰抵消算法过程：首先对码道功率进行功率排序，从最高功率码道开始，先进行匹配和解映射，再从基带信号中抵消，最终恢复出所有码道的原始信息。

多径合并算法过程：首先估计出各个码道的信道冲激响应，对各个码道进行逐径均衡合并和解映射，恢复出各个码道的原始信息。

本发明的技术方案，先在TD-SCDMA通信系统中通过功率估计获得中导码的功率，再对其进行平滑处理获得中导码平均功率，然后比较该中导码平均功率和门限功率，根据比较结果进行简单的累加或递减运算确定预缩放系数。从而大大降低了运算复杂度，有利于硬件实现，并且成本可以相应降低。

作为对实施例1的进一步改进，步骤S2对中导码信号功率进行平滑处理的过程中，平滑的长度可以为2的整数次幂。取2的整数次幂作为平滑长度，这样可以利用移位操作完成除法运算，减少实现的复杂度。经常采用2、4、8、16、32、64这些值作为平滑长度值。

实施例2：

本实施例描述一种基于TD-SCDMA接收机的预缩放装置，如图4所示，包括：用于对信号进行功率估计的功率估计模块、用于对功率进行平滑处理的平滑模块、用于进行功率的比较的比较模块、用于对基带信号进行移位整形的移位整形模块、以及用于对信号进行信道估计与检测处理的信道估计与检测模块。

下面描述该装置的工作过程：

功率估计模块对基带信号的中导码域进行功率估计，计算获得中导码信号功率。计算的过程具体为：

$P_s\left(n\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{L_{\mathrm{mid}}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r(n\·L_{\mathrm{sub}}+L_{\mathrm{data}}+i)\right|}^2}{L_{\mathrm{mid}}}$

其中，n表示功率估计的次数，n的取值为n＝1，2，...，N。

功率估计模块在进行功率估计时，既可以采用算术平方和平均的方法进行功率估计，也可以采用绝对值平方和平均的方法进行功率估计。功率估计模块将计算结果输出至平滑模块。

平滑模块对中导码信号功率进行平滑处理，计算获得中导码信号平均功率P，计算的过程为：

$P=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_s\left(n\right)}{N}$

其中，N表示平滑长度，此处取N＝2。

平滑模块对中导码信号功率进行平滑处理时，既可以采用单次平均的方法，也可以采用多次算术平均、能量加权平均或者遗忘因子平均的方法中任意一种来进行平滑处理。本实施例采用单次平均的方法，平滑模块在计算完之后，将计算结果输出至比较模块。

比较模块中已经包含预先设置的门限功率Pt以及初始值为零的移位数shift。比较模块比较P与Pt的大小并根据比较结果确定预缩放系数。

若P＞Pt，则比较模块将shift减一，将P右移一个比特，并继续比较P和Pt的大小。若对P右移一个比特后，比较模块继续进行比较，P和Pt之间的关系仍然为P＞Pt，则比较模块继续对shift递减并将P继续右移，即shift将继续减一并且P将继续被右移一个比特。比较的过程一直持续到P≤Pt时，在P≤Pt时比较模块确定预缩放系数为shift最终值。

若P＜Pt，则比较模块将shift加一，将P左移一个比特，并继续比较P和Pt的大小。若对P左移一个比特后，比较模块继续进行比较，P和Pt之间的关系仍然为P＜Pt，则比较模块继续对shift累加并将P继续左移，即shift将继续加一并且P将继续被左移一个比特。比较的过程一直持续到P≥Pt时，在P≥Pt时比较模块确定预缩放系数为shift最终值。

比较模块将确定的预缩放系数输出至移位整形模块。移位整形模块根据预缩放系数对基带信号进行左移或右移，左移或右移的过程具体为：若预缩放系数为正，则移位整形模块将基带信号左移若干比特，左移的比特数值与预缩放系数的数值相同，例如预缩放系数为+3时，则移位整形模块将基带信号左移3个比特。若预缩放系数为负，则移位整形模块将基带信号右移若干比特，右移的比特数值与预缩放系数的数值相同，例如预缩放系数为-6时，则将基带信号右移6个比特。移位整形模块将预缩放后的基带信号输出至信道估计与检测模块。

信道估计与检测模块对预缩放后的基带信号进行信道估计与检测处理，恢复出原始信息。信道估计与检测处理的过程如实施例1中对应部分描述。信道估计与检测模块既可以采用联合检测算法，也可以采用干扰抵消算法或多径合并接收算法来进行信道估计与检测处理，具体算法的选择按照不同需要来选择。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于TD-SCDMA接收机的预缩放方法，包括：

步骤S1，根据基带信号进行功率估计，计算获得中导码信号功率；

步骤S2，对所述中导码信号功率进行平滑处理，计算获得中导码信号平均功率P；

步骤S3，预先设置门限功率Pt以及初始值为零的移位数shift，比较P与Pt的大小并根据比较结果确定预缩放系数；其中，根据比较结果确定预缩放系数的过程包括：若P＞Pt，则将shift减一，将P右移一个比特，并继续比较P和Pt的大小，直至P≤Pt时确定预缩放系数为shift最终值；若P＜Pt，则将shift加一，将P左移一个比特，并继续比较P和Pt的大小，直至P≥Pt时确定预缩放系数为shift最终值；

步骤S4，根据所述预缩放系数对所述基带信号进行左移或右移，获得预缩放后的基带信号；

步骤S5，对预缩放后的基带信号进行信道估计与检测处理，恢复出原始信息。

2.根据权利要求1所述基于TD-SCDMA接收机的预缩放方法，其特征在于，步骤S1中，采用算术平方和平均或绝对值平方和平均的方法对基带信号的中导码域进行功率估计。

3.根据权利要求2所述基于TD-SCDMA接收机的预缩放方法，其特征在于，步骤S2中，采用单次平均、多次算术平均、能量加权平均或遗忘因子平均的平滑方法，对所述中导码信号功率进行平滑处理。

4.根据权利要求3所述基于TD-SCDMA接收机的预缩放方法，其特征在于，步骤S2对所述中导码信号功率进行平滑处理的过程中，平滑的长度为2的正整数次幂。

5.根据权利要求1或4所述基于TD-SCDMA接收机的预缩放方法，其特征在于，步骤S5中，采用联合检测算法、干扰抵消算法或多径合并接收算法，对预缩放后的信号进行信道估计与检测处理。

6.一种基于TD-SCDMA接收机的预缩放装置，其特征在于，包括：用于对信号进行功率估计的功率估计模块、用于对功率进行平滑处理的平滑模块、用于进行功率的比较的比较模块、用于对基带信号进行移位整形的移位整形模块、以及用于对信号进行信道估计与检测处理的信道估计与检测模块；其中，所述比较模块包含预先设置的门限功率Pt以及初始值为零的移位数shift；

所述功率估计模块对基带信号的中导码域进行功率估计，计算获得中导码信号功率，并将计算结果输出至所述平滑模块；所述平滑模块对所述中导码信号功率进行平滑处理，计算获得中导码信号平均功率P，并将计算结果输出至所述比较模块；

所述比较模块比较P与Pt的大小并根据比较结果确定预缩放系数；若P＞Pt，则比较模块将shift减一，将P右移一个比特，并继续比较P和Pt的大小，直至P≤Pt时比较模块确定预缩放系数为shift最终值；若P＜Pt，则将shift加一，将P左移一个比特，并继续比较P和Pt的大小，直至P≥Pt时比较模块确定预缩放系数为shift最终值；

所述比较模块将确定的预缩放系数输出至所述移位整形模块，所述移位整形模块根据所述预缩放系数对所述基带信号进行左移或右移，获得预缩放后的基带信号并将其输出至所述信道估计与检测模块；所述信道估计与检测模块对预缩放后的基带信号进行信道估计与检测处理，恢复出原始信息。

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