CN102655420A - 一种实现多径搜索的分段频域方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现多径搜索的分段频域方法及装置，本发明采用的在将整个卷积段分拆成多个较短的卷积段，在每个子段上进行频域分段搜索，进一步降低了总的运算复杂度；而且，如果用FFT硬件加速器完成的话，由于采用了分段处理，可用小尺寸的FFT替代原需要大尺寸FFT才能完成的搜索，降低了硬件实现的复杂度，从而降低了成本，而且可以重复利用原有的小尺寸的FFT模块。

Description

一种实现多径搜索的分段频域方法及装置

技术领域

本发明涉及多径搜索技术，尤指一种实现多径搜索的分段频域方法及装置。

背景技术

码分多址(CDMA)多径搜索用于搜索信道的多径延迟和衰减，可以通过检测信道的冲击响应(CIR)来完成。CDMA的多径搜索通常通过时域卷积完成。时域卷积也可等价的通过频域乘积完成，用频域法替代时域卷积可大大简化多径搜索的运算复杂度，频域法的运算复杂度与所采用的快速傅里叶变换(FFT)的大小有关。

随着多模软基带平台的日益广泛应用，以通用数字信号处理(DSP)或并行阵列处理器为核心完成CDMA系统(或WCDMA、CDMA2000等系统)码片级处理变得愈来愈可行。对于CDMA的多径搜索器来说，相比在时域直接卷积搜索的复杂度，在频域乘法搜索的计算复杂度要低得多。

CDMA多径搜索时域法大致包括：利用本地产生的伪码与天线接收到的基带信号进行卷积完成，卷积的结果是信道的冲击响应。时域卷积法的问题是运算量巨大。图1为现有频域法CDMA多径搜索的示意图，如图1所示，x是CDMA天线基带信号码片取样信号，长度为Lx个码片；本地伪码序列长度为Lc。假设信道搜索长度为L(单位：码片)，那么，Lx＝L+Lc。

频域法是将长度为Lx的x补零扩展到L_fft，L_fft是大于Lx，且满足为2的指数的最小整数(可用FFT处理)；然后，通过尺度为L_fft点FFT运算完成多径搜索。其数学原理可用公式(1)给出：

$y=\left[\begin{array}{c}{y}_0\\ y_1\end{array}\right]=\mathrm{IFFT}\left\{\mathrm{diag}\right[\mathrm{FFT}\left\{G\right[1,*\left]\right\}]\×\mathrm{FFT}\{x\left\}\right\}---\left(1\right)$

在公式(1)中，x是将长度为Lx的x补零扩展到L_fft后的输入信号序列，FFT()为长度为L_fft的FFT变换；G[1，*]为将长度为Lc本地伪码序列补零扩展到L_fft后的伪码序列；IFFT()是长度为L_fft的FFT逆变换，FFT逆变换的结果为一个长度为L_fft的向量y，该向量y由两个子向量y0和y1级联组成，其中，y0长度为L，是该信道的冲激响应，现有频域搜索器的组成框图如图2所示。

频域法大大降低了运算复杂度。例如，假设Lc＝256，L＝128，那么，时域卷积需要256*128＝32768复数乘运算；而采用频域法时，假设L_fft＝512，则仅需要512*log₂512+512＝5120复数乘运算。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于在频域法的基础上提供一种实现CDMA多径搜索的分段频域方法及装置，能够进一步降低总的运算复杂度，同时降低成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种实现多径搜索的分段频域方法，包括：

将伪码序列切成预设数量个子序列段；

将输入信号序列结尾补零扩展后，分割成预设数量个相互部分重叠的子序列段；

对每个分段分别进行频域搜索，并对各分段的频域搜索结果进行叠加合并。

所述将伪码序列切成预设数量个子序列段包括：

将长度为Lc的所述伪码序列c切成预设数量K个子序列段，分别为c(1)，c(2)，...，c(K)，每段长为N，且满足K*N＝Lc；N＝L+L₀，其中，L₀是使得N＝L+L₀是2的指数的最小整数；

其中，L是所搜索的信道的时域长度，Lc是CDMA本地伪码的长度并且其长度为2的幂，且L＜Lc。

所述将输入信号序列结尾补零扩展后，分割成预设数量个相互部分重叠的子序列段包括：

所述输入信号序列x长度为(L+Lc)，将所述输入信号序列x结尾补零扩展到长度满足K*N+L+L₀＝(K+1)*N；

将经过补零扩展后的输入信号序列分割成预设数量K个相互部分重叠的子序列段，分别为x(1)，x(2)，...，x(K)，且每个子序列段的长度为2N。

所述对每个分段分别进行频域搜索为：利用现有不分段的频域搜索方法实现。

所述对各分段的频域搜索结果进行叠加合并包括：将预设数量K个分段分别输出的频域搜索结果y₀(1)，y₀(2)，...，y₀(K)全部按照公式(2)叠加合并得到最终频域搜索结果y₀。

一种实现多径搜索的分段频域装置，至少包括：伪码序列分段模块、输入信号序列分段模块、预设数量K个频域搜索模块，以及合并处理模块，其中，

伪码序列分段模块，用于将伪码序列切成预设数量个子序列段；

输入信号序列分段模块，用于将输入信号序列结尾补零扩展后，分割成预设数量个相互部分重叠的子序列段；

各频域搜索模块，用于根据来自伪码序列分段模块的k伪码子序列段，以及来自输入信号序列分段模块的第k输入信号子序列段，对第k分段进行频域搜索，并将第k分段搜索结果输出给合并处理模块；其中k为1或2，...或K；

合并处理模块，用于对各分段的频域搜索结果进行叠加合并，得到最终频域搜索结果。

从上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明采用在将整个卷积段分拆成多个较短的卷积段，在每个子段上进行频域分段搜索，进一步降低了总的运算复杂度；而且，如果用FFT硬件加速器完成的话，可用小尺寸的FFT替代原需要大尺寸FFT才能完成的搜索，降低了硬件实现的复杂度，从而降低了成本，而且可以重复利用原有的小尺寸的FFT模块。

附图说明

图1为现有CDMA多径搜索的示意图；

图2为现有频域搜索器的组成框图；

图3为本发明实现多径搜索的方法的流程图；

图4为本发明多径搜索的方法中伪码数据块分割的实现示意图；

图5为本发明多径搜索的方法中输入数据块分割的实现示意图；

图6为本发明多径搜索的方法中分段卷积和合并的实现示意图；

图7为本发明实现多径搜索的装置的组成结构示意图。

具体实施方式

图3为本发明实现多径搜索的方法的流程图，如图3所示，包括：

步骤300：将伪码序列切成预设数量个子序列段。

假设L是所搜索的信道的时域长度，Lc是CDMA本地伪码的长度并且其长度为2的幂；并假设L＜Lc，即伪码序列的长度长于信道的长度。图4为本发明多径搜索的方法中伪码数据块分割的实现示意图，如图3所示，

本步骤中，将长度为Lc的伪码序列c切成预设数量K个子序列段，分别为c(1)，c(2)，...，c(K)，每段长为N，且满足K*N＝Lc。而N＝L+L₀，其中，L₀是使得N＝L+L₀是2的指数的最小整数，即2N也是2的指数。

步骤301：将输入信号序列结尾补零扩展后，即可分割成预设数量个相互部分重叠的子序列段。

图5为本发明多径搜索的方法中输入数据块分割的实现示意图，如图5所示，本步骤中，将长度为(L+Lc)输入信号序列x结尾补L₀个零扩展到长度满足K*N+L+L₀＝(K+1)*N。然后，按照图5将其分割成预设数量K个相互部分重叠的子序列段，分别为x(1)，x(2)，...，x(K)，且每段长度为2N。

步骤302：对每个分段分别进行频域搜索，并对各分段的频域搜索结果进行叠加合并。

图6为本发明多径搜索的方法中分段卷积和合并的实现示意图，如图6所示，共有K个分段。以第K个分段为例，在第K个分段，第K个输入信号子序列x(k)和第K个伪码子序列c(k)为两个输入，采用现有频域法在该第K段上完成频域搜索，得到该段的长度为L输出子向量y₀(K)；

最后，将预设数量K个分段分别输出的结果y₀(1)，y₀(2)，...，y₀(K)全部按照公式(2)叠加合并得到最终频域搜索结果y₀：

y₀＝y₀(1)+y₀(2)+...+y₀(K)            (2)

与现有频域法相比：

这里，仅考虑对输入信号的FFT运算，本地伪码的FFT运算可离线得到。于是，现有不分段的频域法所需的复乘法和复加法数如下：

其中，所需的复乘法为：

对扩展输入信号作FFT需要复乘法数为：

其中，L_fft是大于Lx，且满足为2的指数的最小整数。

输入信号FFT的结果同伪码FFT的结果相乘需要复乘法数为：L_fft；作IFFT需要复乘法数为：

这样将三部分相加，总的所需的复乘法数为：L_fft(1+log₂ L_fft)。

类似地，所需的总的复加法数为：2L_fftlog₂L_fft。

如果Lc＞L，则仅有L_fft＞2L_c，总的复乘法数≥2L_c(1+log₂2L_c)，总的复加数≥4L_C log₂ 2L_C。

而本发明分段法下的频域法中，所需的复乘法和复加法数如下：

如果Lc＞L，则仅有L_c＝KN，总的复乘法数＝2KN(1+log₂2N)＝2L_C(1+log₂2N)，总的复加法数＝4KNlog₂2N＝4L_C log₂2N。

显然，与现有不分段的频域法比较，本发明分段法下的频域法所需的复运算量小于不分段的频域法的。因此，本发明采用的在将整个卷积段分拆成多个较短的卷积段，在每个子段上进行频域分段搜索，进一步降低了总的运算复杂度；而且，如果用FFT硬件加速器完成的话，由于采用了分段处理，可用小尺寸的FFT替代原需要大尺寸FFT才能完成的搜索，降低了成本。

针对本发明方法，还提供一种实现多径搜索的装置，其组成结构示意图如图7所示，至少包括：伪码序列分段模块、输入信号序列分段模块、预设数量K各频域搜索模块即第一频域搜索模块、第二频域搜索模块...第预设数量K频域搜索模块，以及合并处理模块，其中，

伪码序列分段模块，用于将伪码序列切成预设数量个子序列段；

输入信号序列分段模块，用于将输入信号序列结尾补零扩展后，分割成预设数量个相互部分重叠的子序列段；

各频域搜索模块，用于根据来自伪码序列分段模块的k伪码子序列段，以及来自输入信号序列分段模块的第k输入信号子序列段，对第k分段进行频域搜索，并将第k分段搜索结果输出给合并处理模块；其中k为1或2，...或K；即：

第一频域搜索模块，用于根据来自伪码序列分段模块的第1伪码子序列段，以及来自输入信号序列分段模块的第1输入信号子序列段，对第1分段进行频域搜索，并将第1分段搜索结果输出给合并处理模块；

第二频域搜索模块，用于根据来自伪码序列分段模块的第2伪码子序列段，以及来自输入信号序列分段模块的第2输入信号子序列段，对第2分段进行频域搜索，并将第2分段搜索结果输出给合并处理模块；

第预设数量K频域搜索模块，用于根据来自伪码序列分段模块的第K伪码子序列段，以及来自输入信号序列分段模块的第K输入信号子序列段，对第K分段进行频域搜索，并将第K分段搜索结果输出给合并处理模块；

合并处理模块，用于对各分段的频域搜索结果进行叠加合并，得到最终频域搜索结果。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种实现多径搜索的分段频域方法，其特征在于，包括：

将伪码序列切成预设数量个子序列段；

将输入信号序列结尾补零扩展后，分割成预设数量个相互部分重叠的子序列段；

对每个分段分别进行频域搜索，并对各分段的频域搜索结果进行叠加合并。

2.根据权利要求1所述的分段频域方法，其特征在于，所述将伪码序列切成预设数量个子序列段包括：

将长度为Lc的所述伪码序列c切成预设数量K个子序列段，分别为c(1)，c(2)，...，c(K)，每段长为N，且满足K*N＝Lc；N＝L+L₀，其中，L₀是使得N＝L+L₀是2的指数的最小整数；

其中，L是所搜索的信道的时域长度，Lc是CDMA本地伪码的长度并且其长度为2的幂，且L＜Lc。

3.根据权利要求2所述的分段频域方法，其特征在于，所述将输入信号序列结尾补零扩展后，分割成预设数量个相互部分重叠的子序列段包括：

所述输入信号序列x长度为(L+Lc)，将所述输入信号序列x结尾补零扩展到长度满足K*N+L+L₀＝(K+1)*N；

将经过补零扩展后的输入信号序列分割成预设数量K个相互部分重叠的子序列段，分别为x(1)，x(2)，...，x(K)，且每个子序列段的长度为2N。

4.根据权利要求1～3任一项所述的分段频域方法，其特征在于，所述对每个分段分别进行频域搜索为：利用现有不分段的频域搜索方法实现。

5.根据权利要求4所述的分段频域方法，其特征在于，所述对各分段的频域搜索结果进行叠加合并包括：将预设数量K个分段分别输出的频域搜索结果y₀(1)，y₀(2)，...，y₀(K)全部按照公式(2)叠加合并得到最终频域搜索结果y₀。

6.一种实现多径搜索的分段频域装置，其特征在于，至少包括：伪码序列分段模块、输入信号序列分段模块、预设数量K个频域搜索模块，以及合并处理模块，其中，

伪码序列分段模块，用于将伪码序列切成预设数量个子序列段；

输入信号序列分段模块，用于将输入信号序列结尾补零扩展后，分割成预设数量个相互部分重叠的子序列段；

各频域搜索模块，用于根据来自伪码序列分段模块的k伪码子序列段，以及来自输入信号序列分段模块的第k输入信号子序列段，对第k分段进行频域搜索，并将第k分段搜索结果输出给合并处理模块；其中k为1或2，...或K；

合并处理模块，用于对各分段的频域搜索结果进行叠加合并，得到最终频域搜索结果。

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