CN106330255A - Wcdma系统中的多径搜索方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种WCDMA系统中的多径搜索方法，该方法的特点是采用三种搜索模式，分别为预搜索，长窗搜索和短窗搜索，进行多径位置的捕获、跟踪和检测。该方法利用预搜索模式确定径所在位置，然后切换至长窗搜索模式；在长窗搜索模式中可条件性地切换至短窗搜索模式，在短窗搜索模式中可条件性地切换至预搜索模式和长窗搜索，且可周期性地切换至长窗搜索模式。本发明可以在性能损失很小的前提下，大幅缩短窗长，明显降低算法处理的复杂度。

Description

WCDMA系统中的多径搜索方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其是涉及WCDMA系统中的多径搜索方法。

背景技术

WCDMA系统是一种以正交的扩频码来区分业务与用户的宽带移动通信系统。由于传输带宽远大于空间物理信道的相干带宽，所以WCDMA系统中的信号传输往往伴随着频率选择性衰落，而频率选择性衰落在时域上的体现，就是多径传输。

目前，常见的WCDMA系统都采用RAKE和EQ两种接收机，进行不同传输信道、不同业务的接收。RAKE接收机的原理是将系统传输中的多径分量进行能量上的合并，提高接收信噪比，从而估计出发送矢量。EQ接收机的原理，则是利用MMSE/ZF等准则，消除多径间的相互干扰，以求得发送信号的估计结果。显而易见，无论是对于RAKE接收机还是对于EQ接收机，信号在传输过程中的多径位置都是非常重要的一个信息。而且，多径位置的准确度也严重影响着RAKE和EQ这两种接收机的性能。

WCDMA的基带处理算法中，通常都设立了一个专门的模块，用来估计传输多径的位置，我们称这种估计为“多径搜索”。

参考图1所示，目前多径搜索的基本流程为：

在步骤101，对CPICH接收数据进行解扰解扩，并与本地CPICH序列进行滑动相关，从而得到相关结果；

在步骤102，根据需要的多径精度，对相关结果进行升采样；

在步骤103，对升采样后的相关结果进行求模处理；

在步骤104，进行接收天线间的非相干合并；

在步骤105，对相干功率值进行平滑、滤波等处理；

在步骤106，利用平滑后的相干功率结果，通过一定的策略，检测出有效径的位置，从而完成多径搜索操作。

以上过程中，步骤101中的滑动相关是整个多径搜索算法中计算量最为集中的地方，滑动窗的位置和长度的选取，直接影响着整个多径搜索算法的准确度和复杂度。目前，有如下几种滑动窗选取的策略：

第一种是固定窗长多径搜索。在多径搜索算法中，常以同步所得到的位置作为窗的中心位置，因为同步位置的前后均有可能存在有效径。而窗的长度，则要包含可能存在的最大径间距。考虑协议25.101中定义的径间距最大的信道是CASE2信道，它存在3根固定位置的径，间隔最大为20000ns(约77chips)，且三根径等强。如图2所示，若同步位置为第一径，则窗的后半段需要约80chips的长度，才能包含所有径；若同步位置为第三径，则窗的前半段也需要约80chips的长度，才能包含所有径。这样的话，总的窗长就需要160chips。所以，对于固定窗长的多径搜索方案，窗长至少要达到160chips左右才能满足性能需求。

由于固定窗需要至少160chips的窗长，这使得多径搜索模块消耗了大量的计算资源。为了节省计算资源，人们提出了一种以短窗搜索为基础，并通过轮询的方式，进行大范围搜索的方案。这种方案可以用图3所示进行描述，参考图3，横坐标为搜索窗位置，纵坐标为搜索的次数，图中以60chip窗举例，可以看出，在常规搜索时，均是以一个60chip窗进行搜索，而当轮询搜索启动时，则利用3次60chip窗去覆盖更广的范围。短窗及轮询搜索相比于固定窗长搜索而言，可以明显降低复杂度，但是由于大范围的搜索是以轮询方式触发的，且利用的是多次短窗搜索组合而成，搜索结果的准确性较差，容易漏径，且难以跟上较快速度的径变化，造成性能有一定的降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种WCDMA系统中的多径搜索方法。可以兼顾搜索的性能和复杂度。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种WCDMA系统中的多径搜索方法，包括以下步骤：

在一预搜索模式中执行以下步骤：

a.当方法开头进入该进入该预搜索模式时，根据初始同步位置设置第一预搜索和第二预搜索的窗位置，当从短窗模式进入该预搜索模式时，根据该短窗搜索模式的短窗位置设置该第一预搜索和该第二预搜索的窗位置；

b.进行该第一预搜索和该第二预搜索，每次预搜索的结果作为当次多径搜索结果输出；

c.根据第一预搜索和该第二预搜索的结果决定长窗搜索的窗中心位置及时延扩展值，进入一长窗搜索模式；

在该长窗搜索模式中执行以下步骤：

d.根据该长窗搜索的窗中心位置进行长窗搜索，得到多径搜索结果以及时延扩展值；

e.判断短窗搜索模式的触发条件是否满足，如果是，进入步骤g，否则进入步骤f；

f.根据本次长窗搜索结果计算长窗的移动值，且确定下一次长窗搜索的窗中心位置，返回步骤d；

g.根据本次长窗搜索结果确定短窗搜索模式的窗中心位置，进入该短窗搜索模式；

在该短窗搜索模式中执行以下步骤：

h.根据该短窗搜索模式的窗中心位置进行短窗搜索，得到多径搜索结果以及时延扩展值；

i.判断预搜索模式的触发条件是否满足，如果是则进入预搜索模式，否则进入步骤j；

j.判断长窗搜索模式的触发条件是否满足，如果是，进入步骤m，否则进入步骤k；

k.判断长窗搜索模式的触发周期是否满足，如果是，进入步骤m，否则进入步骤l；

l.根据本次短窗搜索结果计算短窗的移动值，且确定下一次短窗搜索的窗中心位置，回到步骤步骤h；

m.根据本次短窗搜索结果确定下一次长窗搜索的窗中心位置，进入该长窗搜索模式。

在本发明的一实施例中，该第一预搜索和该第二预搜索与该长窗搜索模式的窗口长度相同。

在本发明的一实施例中，在步骤a中，设置初始同步位置为第一预搜索的窗尾和第二预搜索的窗开头。

在本发明的一实施例中，在步骤a中，设置第一预搜索的窗尾为该短窗搜索模式的窗尾，该第二预搜索的窗开头为该短窗搜索模式的窗开头。

在本发明的一实施例中，在步骤e中，通过径延迟判断短窗搜索模式的触发条件是否满足。

在本发明的一实施例中，在步骤i中，通过当前高层下发的失步指示以及物理层得到的传输质量下降指示，判断是否需要进入预搜索模式。

在本发明的一实施例中，在步骤j中，通过径延迟和/或径功率变化判断长窗搜索模式的触发条件是否满足。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，首先降低了现有多径搜索算法的处理复杂度；并且在复杂度较低的前提下，更为快速地捕获径的变化，跟踪径的漂移，降低了突变径的漏检率；再者对于由多径变化而引起的失步和传输质量下降，有一定的快速补救效果。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1已知的常用多径搜索流程。

图2示出CASE2信道径位置示意图。

图3示出已知的短窗及轮询的多径搜索方案。

图4A-4C示出本发明一实施例的WCDMA系统的多径搜索方法流程图。

图5示例图4A-4C所示实施例的第一次预搜索窗位置。

图6示例由短窗搜索切换而来的预搜索窗位置说明。

具体实施方式

本发明的实施例描述WCDMA系统的多径搜索方法和装置。根据本发明的实施例，在多径搜索时同时使用长窗和短窗，且设定触发条件在二者之间进行切换，通过这种方式，可以使多径搜索算法做到性能和复杂度的良好折中。

根据本发明的实施例，设定第一搜索窗和第二搜索窗，第一搜索窗的长度大于第二搜索窗。因而相对来说，第一搜索窗也称为长窗，第二搜索窗也称为短窗。长窗范围需要至少覆盖3GPP 25.101协议中的CASE2信道。短窗长度的原则是需要覆盖通常情况下的径的分布。在一实施例中，长窗范围例如是77chips到100chips。短窗范围例如是20chips到40chips。

为简化起见，以下描述中以长窗80chip，短窗40chip为例进行说明，但是可以理解，本发明并不限制具体的窗长。

本发明的多径搜索方法设定三种搜索模式，分别为预搜索、长窗搜索和短窗搜索，三种搜索之间可以根据触发条件进行切换。

图4A-4C示出本发明一实施例的WCDMA系统的多径搜索方法流程图。

从步骤401-404是预搜索模式。

步骤401，从开始进入预搜索模式，预搜索模式是通过第一预搜索和第二预搜索综合实现的，所以需要计算两次预搜索的窗位置。

第一预搜索和第二预搜索所使用的窗口可以与长窗搜索使用的窗口相同，此时预搜索模式是通过连续的两次长窗搜索综合实现。

由于此时是多径搜索算法开启后的第一次预搜索，在一实施例中，故按照图5所示方式确定两次预搜索窗的位置。此时，将初始同步位置作为第一预搜索的搜索窗501的末尾和第二预搜索的搜索窗502的开头。

步骤402，与步骤401类似，目的也是得到两次预搜索中搜索窗的位置。由于预搜索是由短窗搜索切换而来，根据该短窗搜索模式的短窗位置设置该第一预搜索和该第二预搜索的窗位置。

在一实施例中，可以按照图6方式确定两次预搜索的搜索窗的位置。具体来说，设置第一预搜索的搜索窗601的末尾为之前短窗搜索的短窗603的末尾；第二预搜索的搜索窗601的开头是之前短窗搜索的短窗603的开头。

步骤403，按照所设置的两次预搜索窗位置进行两次多径搜索。保留两次预搜的多径位置结果以及各多径位置的相关功率值。

在此，两次预搜的结果都可作为信道估计和RAKE等下行模块的径信息使用。

在一实施例中，整个多径搜索的过程仍可参考图1所示的常用多径搜索流程，然而可以理解，本领域技术人员可以根据其知识对这一流程进行所需的修改。

步骤404，两次预搜索的结果综合得到下一阶段长窗搜索的窗中心位置以及时延扩展值。

具体来说，合并两次预搜索的多径位置结果，从中选出首径位置lt_Pre-S和末径位置lt_Pre-E，然后计算延迟扩展值：

L_PathDly＝lt_Pre-E-lt_Pre-S

进一步，还可得到下一阶段长窗搜索模式中的搜索窗中心位置：

其中λ为图1中的升采样倍数。

作为一种特殊情况下，如果lt_Pre-S＝lt_Pre-E，则令

从步骤405到408是长窗搜索模式。

步骤405，根据得到的长窗中心位置进行长窗搜索，得到多径搜索结果以及时延扩展值。

具体地说，按照设置好的长窗中心位置l_Long-M进行图1所描述的多径搜索过程。其中，平滑滤波时，需要考虑本次搜索窗位置的偏移量。设本次搜索得到的首尾径位置分别为lt′_Long-S和lt′_Long-E。

l_Long-M有可能由步骤404，步骤407，步骤414计算得到。

步骤406，判断短窗搜索模式的触发条件是否满足，如果是，则进入步骤408，否则进入步骤407。

在一实施例中，可以根据径延迟来判断短窗搜索模式。示例性的判断策略是：设置一个计数器Cnt_LSH，初值为0。根据长窗搜索结果计算得到此次的时延扩展值L_PathDly(L_PathDly＝lt′_Long-E-lt′_Long-S)，如果L_PathDly≤Th_{LSH_len}，则Cnt_LSH加1；一旦某次搜索结果L_PathDly>Th_{LSH_len}，则Cnt_LSH回0，重新开始计数；当Cnt_LSH＝Th_{LSH_num}时，则认为满足了进入短窗搜索的条件。其中时延扩展门限Th_{LSH_len}和计数器统计门限Th_{LSH_num}在此方法中不做具体限制。

步骤407，计算搜索窗移动(moving)值，并得到下次长窗搜索的窗中心位置，然后跳转至步骤405。

在一实施例中，搜索窗移动值示例性的计算方法如下：

首先，根据本次搜索得到的首尾径位置，计算得到本次搜索结果的多径中心位置：

(假设图1中升采样倍数为λ)；

然后由本次搜索窗的中心l_Long-M计算临时移动值：d′_Long＝l′_Long-M-l_Long-M。每Num_LSH次d′_Long结果求一次和，得到求和结果并进行一次有效的移动值的计算：

其中sign()代表求符号，abs()代表求绝对值。

得到移动值d_Long之后，就可以计算下一次长窗搜索的窗中心位置，即l″_Long-M＝l_Long-M+d_Long。

在步骤408，根据本次长窗搜索结果确定短窗的中心位置。

(假设图1中升采样倍数为λ)，然后跳至步骤409进行处理。

从步骤409-414是短窗模式。

步骤409，按照设置好的短窗中心位置l_Short-M进行图1所描述的多径搜索过程，其中，平滑滤波时，需要考虑本次搜索窗位置的偏移量。得到多径搜索结果以后进行下一步，设本次搜索得到的首尾径位置分别为lt′_Short-S和lt′_Short-E。

步骤410，根据当前高层下发的失步指示以及物理层得到的传输质量下降指示，判断是否需要进入预搜索模式。若进入预搜索模式，直接跳至步骤402进行处理。

物理层例如可以通过统计PilotBER等方法得到传输质量下降指示。

步骤411，判断长窗搜索触发条件是否满足，如果是则进入步骤414，否则进入步骤412。

在一实施例中，可以根据径延迟和径功率来判断长窗搜索触发条件是否满足。此处示例性描述两种可能的条件触发机制，但可以条件触发机制不限制于此处的两种：

(1)计算得到此次搜索结果的时延扩展值L_PathDly(L_PathDly＝lt′_Short-E-lt′_Short-S)，如果L_PathDly≥Th_{SLH_len}，则下一次进入长窗搜索模式。Th_{SLH_len}为时延门限，本发明中不做具体限制。

(2)从本次搜索窗的相关功率结果中提取对应多径位置的各径相关功率值(注意：是alpha滤波之前的相关功率值)，然后对所有多径的相关功率值进行求和，得到总功率P_{sum_now}。再拿本次搜索得到的多径总功率和上一次搜索得到的多径总功率P_{sum_before}进行比较，如果满足P_{sum_now}<Th_{SLH_Pow}*P_{sum_before}，则下一次进入长窗搜索模式。在短窗搜索开始时，P_{sum_before}配置为0，在短窗搜索过程中(如果不进行长窗搜索及长窗预搜的切换)，则P_{sum_before}不断地用P_{sum_now}来更新。Th_{SLH_Pow}为径功率突变门限，本发明中不做具体限制。

步骤412，判断长窗搜索触发周期是否满足，如果是则切换至长窗搜索模式，直接跳至步骤414，否则进行步骤413的处理。

示例性判断的策略是：设置计数器Cnt_SLH，初值为0，从进入短窗搜索模式开始计数，完成一次短窗搜索则Cnt_SLH加1，当满足Cnt_SLH＝Th_{SLH_num}时，下一次就进入长窗搜索模式。

步骤413，计算搜索窗的移动值，并得到下次短窗搜索的窗中心位置，然后，跳转至步骤409进行处理。

示例性的计算方法如下：

首先，根据本次搜索得到的首尾径位置，计算得到本次搜索结果的多径中心位置：

再利用本次搜索的窗中心l_Short-M计算临时moving值：d′_Short＝l′_Short-M-l_Short-M，记录下来。每Num_SLH次d′_Short结果求一次和，得到求和结果并进行一次有效移动值的计算。其中sign()代表求符号，abs()代表求绝对值。

得到移动值d_Short之后，计算下一次短窗搜索的窗中心位置。即l″_Short-M＝l_Short-M+d_Short。

步骤414，根据本次短窗搜索结果确定接下来长窗搜索的窗中心位置，然后跳至步骤305进行处理。

长窗搜索的窗中心位置如下：

本发明的上述实施例根据WCDMA等扩频通信系统中的多径时延、位置等特点，设计了一种较为灵活的，长、短窗切换多径搜索方法，在性能损失很小的前提下，大幅缩短了窗长，明显降低算法处理的复杂度；其次，本发明可以在以短窗为主要搜索模式的基础上，较为灵敏地跟踪径的变化，较为快速地捕获短窗外的大延迟径；再者，本发明的实施例利用预搜索的方案，可以更为快速和准确的捕获多径位置，并且对于由信道多径变化引起的失步和传输质量下降，可以实现快速的补救。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (7)

1.一种WCDMA系统中的多径搜索方法，包括以下步骤：

在一预搜索模式中执行以下步骤：

a.当方法开头进入该进入该预搜索模式时，根据初始同步位置设置第一预搜索和第二预搜索的窗位置，当从短窗模式进入该预搜索模式时，根据该短窗搜索模式的短窗位置设置该第一预搜索和该第二预搜索的窗位置；

b.进行该第一预搜索和该第二预搜索，每次预搜索的结果作为当次多径搜索结果输出；

c.根据第一预搜索和该第二预搜索的结果决定长窗搜索的窗中心位置及时延扩展值，进入一长窗搜索模式；

在该长窗搜索模式中执行以下步骤：

d.根据该长窗搜索的窗中心位置进行长窗搜索，得到多径搜索结果以及时延扩展值；

e.判断短窗搜索模式的触发条件是否满足，如果是，进入步骤g，否则进入步骤f；

f.根据本次长窗搜索结果计算长窗的移动值，且确定下一次长窗搜索的窗中心位置，返回步骤d；

g.根据本次长窗搜索结果确定短窗搜索模式的窗中心位置，进入该短窗搜索模式；

在该短窗搜索模式中执行以下步骤：

h.根据该短窗搜索模式的窗中心位置进行短窗搜索，得到多径搜索结果以及时延扩展值；

i.判断预搜索模式的触发条件是否满足，如果是则进入预搜索模式，否则进入步骤j；

j.判断长窗搜索模式的触发条件是否满足，如果是，进入步骤m，否则进入步骤k；

k.判断长窗搜索模式的触发周期是否满足，如果是，进入步骤m，否则进入步骤l；

l.根据本次短窗搜索结果计算短窗的移动值，且确定下一次短窗搜索的窗中心位置，回到步骤步骤h；

m.根据本次短窗搜索结果确定下一次长窗搜索的窗中心位置，进入该长窗搜索模式。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一预搜索和该第二预搜索与该长窗搜索模式的窗口长度相同。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a中，设置初始同步位置为第一预搜索的窗尾和第二预搜索的窗开头。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a中，设置第一预搜索的窗尾为该短窗搜索模式的窗尾，该第二预搜索的窗开头为该短窗搜索模式的窗开头。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤e中，通过径延迟判断短窗搜索模式的触发条件是否满足。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤i中，通过当前高层下发的失步指示以及物理层得到的传输质量下降指示，判断是否需要进入预搜索模式。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤j中，通过径延迟和/或径功率变化判断长窗搜索模式的触发条件是否满足。