CN105007097B - 一种码分多址系统的自适应多径管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种码分多址系统的自适应多径管理方法，先计算时延扩展函数，从中递归搜索出满足一定门限的峰值，记录峰值各自的位置和峰值大小，并根据能量大小排序形成峰值表；对峰值表中的峰执行路径检查，并输出检测标记；根据路径检测的结果，刷新指峰的同步状态；处于同步状态下的候选指峰，如果其峰值超过指峰表中峰值最小指峰的峰值乘以一个交换门限，就可以交换这个候选指峰和指峰，实现指峰信息的刷新；用新发现的信噪比较好的路径替换原来的已分配给候选指峰的信噪比较差或已消失的路径，实现候选指峰的刷新过程；最后从指峰表中抽取峰值较大的指峰配置Rake接收机。本发明能够提高真径的捕获概率、降低虚警率。

Description

一种码分多址系统的自适应多径管理方法

技术领域

本发明涉及无线移动通信技术领域，特别是涉及一种码分多址系统的自适应多径管理方法。

背景技术

由于移动通信系统的电波传播特性，存在多径反射、散射以及各种衰耗。因此要传送的信息在空中将经过不同的传输路径，在不同的时刻达到接收端，导致终端的接收端存在多径信号。不同幅度和相位的多径信号在接收端叠加，会造成信号的快衰落，影响了通信质量。移动通信中常用的Rake接收机就是基于扩频序列的，先将空中多径信号分离、校正然后再合并解调，从而充分利用多径信号能量，是一种有效对抗多径干扰的手段。为了对抗多径衰落，用多径搜索模块对接收到的导频符号进行解扰和相关积分处理。并根据得到的时延扩展数据值来计算多径的时延扩展信息，以调整本地扩频码使之与接收信号中的各多径成分的扩频码保持同步，为正确解扩提供条件。

在移动通信的信道环境下，多径是快速跳变的。这意味着在某个时刻，某个位置可能突然出现能量较强的径，或真径在某个时刻突然消失，导致Rake接收机性能的不稳定，这就要求在设计中能够准确跟踪多径跳变的位置，并降低由于多径的快速跳变对数据接收和解码的影响。

目前普遍使用的多径搜索方法是根据扰码具有较好的自相关特性，采用本地扰码与接收信号进行滑动相关，得到接收信号的功率时延函数。然后从功率时延函数中搜索出大于一定门限的峰值位置，就是多径时延成分对应的位置。最后将这些多径时延位置分配给Rake接收机。实际无线移动信道的各径强度是时刻变化的。多径强度的变化和噪声的存在都会显著降低搜索能量窗的多径分辨力。由于RAKE多径技术能有效提高信噪比，希望能找到尽可能多的可用径，然后用这些多径进行合并。但是如果不对径的强弱和跳变加以限制，就会影响接收机的解调性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种码分多址系统的自适应多径管理方法，能够提高真径的捕获概率、降低虚警率、同时对多径搜索的准确性和对新出现径的反应速度有很大的提升，改善RAKE接收机性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种码分多址系统的自适应多径管理方法，包括以下步骤：

(1)从时延扩展数据中递归搜索出满足门限的M_peak个峰值，并记录这些M_peak峰值的各自位置和峰值大小，并根据能量大小排序形成峰值表；

(2)对峰值表中的指峰执行路径检查，并输出检测标记；

(3)根据对应的路径检测结果刷新指峰及候选指峰的峰值数值、指数和位置，并检测指峰及候选指峰的同步保护状态，其中，同步保护状态包括：失步、后向保护、同步和前向保护；

(4)将处于保护状态且超过门限的候选指峰与指峰表中峰值最小的指峰进行交换，实现指峰信息的刷新；

(5)对候选指峰进行维护，用新发现的信噪比较好的路径替换原来的已分配给候选指峰的信噪比较差或已消失的路径；

(6)从指峰表中提取非失步的，并将峰值较强的指峰映射到Rake接收机的指。

所述步骤(1)包括以下子步骤：根据接收机时序将射频接收数据进行保存；根据选中的信道化码和扰码与采样数据进行相关运算，得到复数相关函数；对得到的复数相关函数进行累加，并计算复数相关函数实部虚部的平方和，即得到功率时延函数；在功率时延函数中找出M_peak个较大的函数值，这些值对应的时延位置就是多径时延。

所述步骤(2)包括以下子步骤：首先，设置原峰值表中的指峰位置为当前的试探性指峰位置，然后在新峰值表中搜索离这个指峰位置最近的峰值；当指峰位置和峰位置之间的距离小于第一阈值N_detl，就不刷新试探性的指峰位置；当指峰位置和这个峰值位置之间的距离大于第二阈值N_det2时，就认为指峰没有检测到；当这个距离小于或等于第二阈值N_det2时，试探性指峰位置将被刷新为这个峰值位置，并写一个不存在的峰值位置到峰值表中此峰值的位置地址，并在以后的搜索中不再考虑此峰值。

所述步骤(2)还包括噪声门限检测的步骤，当峰值数值大于平均噪声乘以噪声门限时，再进行最大峰值检测，当峰值大小不低于最大峰能量乘以最大峰值门限时，认为检测成功。

所述步骤(3)中当路径已连续超过N_fwd次没有检测到即为失步；当路径已连续被检测到的次数少于N_bwd次即为后向保护；当路径已连续检测到N_bwd次或多于N_bwd次即为同步；当路径已连续N_fwd次没检测到或少于N_fwd次没检测到即为前向保护；其中，N_fwd是前向保护步长，N_bwd是后向保护步长。

所述步骤(5)包括以下子步骤：检测新峰值表中每个峰值和原峰值表中所有的指峰和候选指峰之间的最小距离，如果距离大于第三阈值Fdiff，这个峰值将被加到原峰值表的末尾，然后将所有的候选指峰排序，并取峰值较大的作为候选指峰，其他的候选指峰删除。有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过路径检测及同步保护保证了多径检测的准确性和稳定性，指峰刷新及侯选峰刷新确保快速跟踪跳变的多径，在保证Rake接收机解调性能的基础上，在保持无线链路同步方面起到了积极作用。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明中峰值搜索流程图；

图3是本发明中路径检测流程图；

图4是本发明中路径前向保护流程图；

图5是本发明中路径后向保护流程图；

图6是本发明中指峰侯选峰状态转移图；

图7是本发明中指峰刷新流程图；

图8是本发明中候选峰刷新流程图；

图9是实施例中峰值表结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种码分多址系统的自适应多径管理方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)峰值搜索：从时延扩展数据中递归搜索出满足门限的M_peak个峰值，并记录这些M_peak峰值的各自位置和峰值大小，并根据能量大小排序形成峰值表；

(2)路径检测：对峰值表中的指峰执行路径检查，并输出检测标记；

(3)同步保护：根据对应的路径检测结果刷新指峰及候选指峰的峰值数值、指数和位置，并检测指峰及候选指峰的同步保护状态，其中，同步保护状态包括：失步、后向保护、同步和前向保护；

(4)指峰刷新：将处于保护状态且超过门限的候选指峰与指峰表中峰值最小的指峰进行交换，实现指峰信息的刷新；

(5)候选峰刷新：对候选指峰进行维护，用新发现的信噪比较好的路径替换原来的已分配给候选指峰的信噪比较差或已消失的路径；

(6)指峰映射：从指峰表中提取非失步的，并将峰值较强的指峰映射到Rake接收机的指。

下面分别具体介绍各个模块的功能及处理流程。

1)峰值搜索模块

峰值搜索包括射频数据存储，相关函数计算、功率累加、峰值搜索几个单元，如图2所示。具体说来，包括以下步骤：第一步，根据接收机时序，将射频接收数据存放到RAM中。第二步，根据选中的信道化码和扰码与采样数据进行相关运算，得到复数相关函数。第三步，对得到的复数相关函数进行累加，并计算复数相关函数实部虚部的平方和，即得到功率时延函数。第四步，确定多径时延。在功率时延函数中找出的若干个较大的函数值，这些值对应的时延位置就是多径时延。

2)路径检测

图3是路径检测的流程图。对每个指峰和候选指峰都要调用路径检测单元，每个指峰和候选指峰一次。首先，设置原峰值表中的指峰位置为当前的试探性指峰位置，然后在新峰值表中搜索离这个指峰位置最近的峰值。当指峰位置和峰位置之间的距离小于等N_detl，就不刷新试探性的指峰位置；当指峰位置和这个峰值位置之间的距离大于N_det2时，就认为指峰没有检测到，检测标记置为0；当这个距离小于等于N_det2时，试探性指峰位置将被刷新为此峰值位置，并写一个不存在的峰值位置到峰值表中此峰值的位置地址，在以后的搜索中不再考虑此峰值。

当峰值位置在N_det2之内，还需进一步进行噪声门限检测，峰值数值应大于平均噪声乘以噪声门限，然后进行最大峰值检测，峰值大小不能低于最大峰值数值乘以最大峰值门限。噪声门限是ThresholdNoise，最大峰值门限是ThresholdMax。如果噪声门限检测和最大峰值检测都成功，就认为路径已找到。在这种情况下，路径搜索函数返回峰值数值、指数，并在峰值表中改变发现峰值的峰值符号，使它变为负数，这样，在下一步检测中就不必考虑这个峰值了。然后置检测标记为1。

3)同步保护

同步保护包含前向和后向保护子单元。前向保护和后向保护单元根据路径检测的结果，刷新指峰的同步状态。在指峰表中，每个指峰和候选指峰有两个用于维护指峰同步的参数：(1)指峰及候选指峰的状态：失步、后向保护、同步、和前向保护。(2)计数器：指峰和候选指峰被检测到和没被检测到的次数。前向保护流程如图4所示，后向保护流程如图5所示。其中指峰和候选指峰可处于以下几种状态之一：

失步：路径已连续超过N_fwd次没有检测到；

后向保护：路径已连续被检测到的次数少于N_bwd次；

同步：路径已连续检测到N_bwd次或多于N_bwd次；

前向保护：路径已连续N_fwd次没检测到或少于N_fwd次没检测到；

这里N_fwd是前向保护步长，N_bwd是后向保护步长。

图6中的状态图描述了指峰和候选指峰的状态和跃迁。其中DET_CT表示路径被检测到的次数；NG_CT表示路径没有被检测到的次数；DETECT表示路径被检测到(路径检测标记＝1)；NO_DETECT表示路径没被检测到(路径检测标记＝0)。

4)指峰刷新

一条空中路径被发现后，首先被分配到候选指峰，并进入后向保护状态，在后向保护状态下连续发现的次数超过N_bwd次，就进入同步状态。同步状态下的候选指峰，如果其峰值超过指峰表中峰值最小的指峰的峰值乘以一个交换门限，就可以交换这个候选指峰和指峰，实现指峰信息的刷新。因此空中路径需经过候选指峰才能成为指峰。指峰表中既包括指峰，又包括候选指峰，共M_Peak个，前N_finger个是指峰，后M_Peak-N_finger是候选指峰。指峰刷新流程如图7所示。

5)候选指峰刷新

由于空中信号传播路径的位置和峰值大小都是动态改变的，为了确保分配给指峰的路径的信噪比最好，有必要对候选指峰进行维护。用新发现的信噪比较好的路径替换原来的已分配给候选指峰的信噪比较差或已消失的路径。这就是候选指峰的刷新过程。

候选指峰刷新流程如下图8所示。要检测新峰值表中每个峰值和原峰值表中所有的指峰和候选指峰之间的最小距离，如果距离大于Fdiff，这个峰值将被加到原峰值表的末尾，然后将所有的候选指峰排序，并取峰值较大的前M_peak--N_finger个作为候选指峰，其他的候选指峰删除。

6)指峰映射

自适应指峰分配方式下的指峰映射只需从指峰表中提取非失步的，峰值较强指峰映射到Rake接收机的指即可。

下面以一个具体的实施例来进一步说明本发明。

当完成小区搜索后，启动峰值搜索模块，开始进行峰值搜索过程。具体说来，包括以下步骤：第一步，根据接收机时序，在接收的4倍采样的射频数据S0，S1，S2……S1023中，将抽样点存放到RAM中。第二步，根据选中的信道化码和扰码导出复合码并记为C0,Cl，C2……C255，复合码和采样数据进行相关运算，相关窗的长度选为160码片，对于4倍采样共得到640个相关结果。第三步，对第一步得到的复数相关函数进行4个符号累加，并计算复数相关函数实部虚部的平方和，即得到功率时延函数PDP。第四步，确定多径时延。在得到的640个功率时延函数中找出的16个较大的函数值，这些值对应的时延位置就是多径时延。并完成峰值表的排序，峰值表的排序关系为：p[0]>p[1]…>p[14]>p[15]，峰值表中p[0]的值最大。

对于自适应指峰管理，使用指峰表进行多径管理，所有链路的指峰信息都记录在同一个指峰表。指峰表中的每个指峰共有六项信息，前四项是位置、平均噪声、峰值位数、峰值指数，后两项是指峰的状态和计数器，用于同步跟踪指峰。指峰表的结构如图9所示。

根据上述指峰表，取前8个峰作为指峰，后8个峰作为侯选峰，并将这个峰值表作为原峰值表，当多径搜索下一个工作周期到来时，得到一个新的峰值表，根据原峰值表和新峰值表进行路径检测，首先判断原峰值表中的各径是否失步，如果不失步则进行径检测。按顺序取原峰值表中的一个指峰，当指峰位置和新峰值表中峰位置之间的距离小于等于l，就不刷新指峰位置，当指峰位置和这个峰值位置之间的距离大于4时，就认为指峰没有检测到，检测标记置为0，当这个距离小于等于4，就把指峰位置刷新为此峰值位置。并需进一步进行噪声门限检测和最大峰值检测。如果噪声门限检测和最大峰值检测都成功，就认为路径已找到。在这种情况下，路径搜索函数返回峰值数值、指数，并在峰值表中改变发现峰值的峰值符号，使它变为负数，这样，在下一步检测中就不必考虑这个峰值了。然后置检测标记为1。

前向保护和后向保护单元根据路径检测的结果，刷新指峰的同步状态。如果一个指峰已连续超过3次没有检测到，则标记该指峰的state为0，表示此指峰处于失步状态；如果一个指峰已连续被检测到得次数小于3，则标记该指峰的state为1，表示此指峰进入后向保护；如果一个指峰已连续超过3次被检测到，则标记该指峰的state为2，表示此指峰处于同步状态；如果一个指峰已连续3次没检测到或少于3次没检测到，则标记该指峰的state为3，表示此指峰处于进入前向保护状态。

处于同步状态下的候选峰，如果其峰值超过指峰表中峰值最小的指峰的峰值乘以交换门限，就交换这个候选指峰和指峰，实现指峰信息的刷新。为了确保分配给指峰的路径的信噪比最好，有必要对候选指峰进行维护。用新发现的信噪比较好的路径替换原来的已分配给候选指峰的信噪比较差或已消失的路径，进行候选指峰的刷新过程。检测新峰值表中每个峰和原峰值表中的候选指峰之间的最小距离，如果距离大于3，这个峰值将被加到原峰值表的末尾，然后将所有的候选指峰排序，并取峰值较大的前8个作为候选指峰，其他的候选指峰删除。

在执行指峰分配过程后，需要将分配得到的8个指峰映射到Rake接收机，供Rake接收机进行多径合并和解调。

Claims (3)

1.一种码分多址系统的自适应多径管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)从时延扩展数据中递归搜索出满足门限的M_peak个峰值，并记录这些M_peak峰值的各自位置和峰值大小，并根据能量大小排序形成峰值表；

(2)对峰值表中的指峰执行路径检查，并输出检测标记；具体为：首先，设置原峰值表中的指峰位置为当前的试探性指峰位置，然后在新峰值表中搜索离这个指峰位置最近的峰值；当指峰位置和峰位置之间的距离小于第一阈值N_detl，就不刷新试探性的指峰位置；当指峰位置和这个峰值位置之间的距离大于第二阈值N_det2时，就认为指峰没有检测到；当这个距离小于或等于第二阈值N_det2时，试探性指峰位置将被刷新为这个峰值位置，并写一个不存在的峰值位置到峰值表中此峰值的位置地址，并在以后的搜索中不再考虑此峰值；还包括噪声门限检测的步骤，当峰值数值大于平均噪声乘以噪声门限时，再进行最大峰值检测，当峰值大小不低于最大峰能量乘以最大峰值门限时，认为检测成功；

(3)根据对应的路径检测结果刷新指峰及候选指峰的峰值数值、指数和位置，并检测指峰及候选指峰的同步保护状态，其中，同步保护状态包括：失步、后向保护、同步和前向保护；具体为：当路径已连续超过N_fwd次没有检测到即为失步；当路径已连续被检测的次数少于N_bwd即为后向保护；当路径已连续检测到N_bwd次或多于N_bwd次即为同步；当路径已连续N_fwd次没检测到或少于N_fwd次没检测到即为前向保护；其中，N_fwd是前向保护步长，N_bwd是后向保护步长；

(4)将处于同步状态且超过门限的候选指峰与指峰表中峰值最小的指峰进行交换，实现指峰信息的刷新；

(5)对候选指峰进行维护，用新发现的信噪比较好的路径替换原来的已分配给候选指峰的信噪比较差或已消失的路径；

(6)从指峰表中提取非失步的，并将峰值较强的指峰映射到Rake接收机的指。

2.根据权利要求1所述的码分多址系统的自适应多径管理方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下子步骤：根据接收机时序将射频接收数据进行保存；根据选中的信道化码和扰码与采样数据进行相关运算，得到复数相关函数；对得到的复数相关函数进行累加，并计算复数相关函数实部虚部的平方和，即得到功率时延函数；在功率时延函数中找出M_peak个较大的函数值，这些值对应的时延位置就是多径时延。

3.根据权利要求1所述的码分多址系统的自适应多径管理方法，其特征在于，所述步骤(5)包括以下子步骤：检测新峰值表中每个峰值和原峰值表中所有的指峰和候选指峰之间的最小距离，如果距离大于第三阈值Fdiff，这个峰值将被加到原峰值表的末尾，然后将所有的候选指峰排序，并取峰值较大的作为候选指峰，其他的候选指峰删除。