CN1127221C

CN1127221C - 能够跟踪延迟分布的快速变化的指状接收单元

Info

Publication number: CN1127221C
Application number: CN99109043A
Authority: CN
Inventors: 大村英雄
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2003-11-05
Anticipated expiration: 2019-06-15
Also published as: EP0966110A3; KR20000006169A; JP2000004211A; CN1239358A; JP2973416B1; BR9902752A; EP0966110A2

Abstract

在包含于用于码分多址系统的分离多径接收器内的指状接收单元中，多个逆扩展电路被设置为按延迟的扩展码将接收信号逆扩展成多个延迟逆扩展信号。每个逆扩展器具有互不相同并且比码片率短的延迟时间。一个选择器电路在该延迟逆扩展信号中选择一个具有最佳质量的延迟的逆扩展信号作为该逆扩展信号发送给一合成器。该指状电路单元可以快速跟踪在通信路径中延迟的变化，而在该指状接收单元中不包含延迟锁定环路，并可执行同步跟踪操作。

Description

能够跟踪延迟分布的快速变化的指状接收单元

技术领域

本发明涉及用于直接序列码分多址(DS-CDMA)系统中的分离多径接收器(rake receiver)，特别涉及包含于该分离多径接收器中的指状接收单元。另外本发明还涉及使用上述分离多径接收器的便携式接收器或基站。

背景技术

最近的趋势是所述类型的DS-CDMA系统变得引人注意，并且有希望成为其中一种下一代移动通信系统。在这种DS-CDMA系统中，在用户信息数据被通过利用对各个用户特定并且互不相同的扩展码所扩频之后，从一发射器向一接收器发射。通过这种结构，利用相同的频带多个用户可以进行同时传输。

在DS-CDMA系统的移动通信中，应当考虑到由于通过不同路径到达的所需电波所造成的多路径衰落现象。在发生这种多路径衰落现象时，每个所需电波在不同时刻接收，具有对应于每个时刻的强度，并被检测为多路径成分。

在这种情况下，分离多径接收器被用于解调这种由于多路径衰落所得出的多路径成分，并把解制后的成分合成为解调信号。在此，应当考虑到多路径成分随时间而剧烈变化。

但是，由于延迟分布要通过计算多路径成分之间的关系而确定，因此要完全跟踪或跟随各种多路径成分的变化非常困难。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种包含于分离多径接收器中并能够有效除去多路径衰落现象的指状接收单元。

本发明另一个目的是提供一种包括所述类型的指状接收单元的分离多径接收器。

本发明的又一目的是提供一种包括上述分离多径接收器的基站或便携式电台。

本发明所用的指状接收单元是用于码分多址(CDMA)系统中的，以根据扩展码和受到CDMA调制的接收信号产生逆扩展信号。根据本发明一个方面，指状接收单元包括多个逆扩展电路，每个具有互不相同的延迟时间，并且共同被提供有接收信号的扩展码，以根据逆扩展电路的延迟时间产生多个延迟的逆扩展信号；其中每个逆扩展电路包括一延迟电路，其具有互不相同的延迟时间，并可响应该扩展码进行操作，以产生延迟时间互不相同的各个延迟扩展码；和一计算电路，其响应该延迟扩展码和接收信号进行操作，以产生各个延迟逆扩展信号；以及一个选择器电路，其在该延迟的逆扩展信号中选择其中一个具有最佳质量的延迟的逆扩展信号作为该逆扩展信号。

根据本发明的另一个方面，一分离多径接收器用于码分多址(CDMA)系统中以根据一扩展码和受到CDMA调制的接收信号产生解调信号，并且该接收信号是通过多个路径给予该分离多径接收器电路的。该分离多径接收器电路包括一搜索指状电路，其接收该接收信号以检测具有取决于路径的多路径成分的接收信号的延迟分布；一个延迟时间检测电路，其通过检测延迟分布的每个峰值时序检测多个路径成分的每个成分的延迟时间；一个产生预定扩展码的扩展码发生器；多个延迟电路元件，其具有互不相同的主要延迟时间并把预定扩展码按所述的主要延迟时间的长度延迟以产生多个延迟扩展码；多个指状接收单元，其被提供有所述的延迟扩展码和接收信号，以根据该延迟扩展码把所述路径成分分别解调为解调路径成分；以及一分离多径合成器，其被被提供有所述解调后的路径成分以把解调后的路径成分合成为解调信号；每个指状接收单元包括多个逆扩展电路，其中每个具有互不相同的内部延迟时间，并且共同被提供有所述的接收信号和扩展码，以根据逆扩展电路的延迟时间产生多个延迟逆扩展信号；各逆扩展电路包括一内部延迟电路，其具有互不相同的延迟时间，并可响应按主要延迟时间长度延迟的扩展码进行操作，以产生内部延迟时间互不相同的各个延迟扩展码；和一计算电路，其响应该延迟扩展码和接收信号进行操作，以产生各个延迟逆扩展信号；以及一选择器电路，它在延迟的逆扩展信号中选择质量最佳的一个延迟逆扩展信号作为每个逆扩展路径成分。

附图说明

图1是常规分离多径接收器的方框图；

图2是用于描述包含于接收信号中的多路径衰落现象的图形表示；

图3为根据本发明的最佳实施例的分离多径接收器的方框图；以及

图4为用于图3中所示的分离多径接收器中的指状接收单元的方框图。

具体实施方式

参见图1，下面将描述常规分离多径接收器电路以利于对本发明的理解。首先，所示分离多径接收器电路用于CD-CDMA系统中，根据射频接收信号产发生解调信号。在这种情况下，该射频接收信号通常发生多路径衰落现象。

在图示实例中，该射频接收信号通过天线11接收到射频(RF)解调器12中，并被解调为解调接收信号，在下文中简称为接收信号RS。该接收信号RS被传送到并联的第一、第二和第三指状接收单元15a、15b和15c以及搜索指16。在这种情况下，搜索指16给出接收信号RS，以检测是否该接收信号RS中包含用户信号，并且当包含该用户信号时产生延迟分布信号DP。

参见图2，由搜索指16所检测的延迟分布信号中包括由第一、第二和第三多路径成分MP1、MP2和MP3所示的多路径成分。在所示实例中，第一多路径成分MP1表现出最大电功率，而第二多路径成分MP2表现出比第一多路径成分低而比第三多路径成分MP3高的电功率。

如图1中所示，延迟分布信号DP从搜索指16发送到检测第一至第三多路径成分MP1-MP3的每个延迟时间的搜索引擎17。该搜索引擎17把分别表示第一至第三多路径成分MP1-MP3的第一至第三延迟信号发送给第一至第三指状接收单元15a-15c。

被提供第一至第三延迟信号后，第一至第三指状接收装置15a-15c控制或调整用于逆扩展该接收信号RS的扩展码相位，并通过利用该扩展码把第一至第三多路径成分MP1-MP3逆扩展为所需的解调信号。通过及时调整所需解调信号并以最大比例合成它们，使得所需被解调信号被分离多径合成器18合成为一解调信号。

在此，应当注意从搜索指16发送的延迟分布DP可以通过用已知方法执行相关计算而获得。这意味着搜索指16不能总是完全跟随或跟踪随时改变的每个多路径成分，因为这需要花相当长的时间来执行相关性计算。

如上文所述，搜索引擎17检测多路径成分的每个延迟时间，以调整指状接收单元15a-15c的扩展码的相位，并建立同步。同步的建立分为两个步骤，其中一个可以称为同步获取步骤，另一个可以称为同步跟踪步骤。执行同步获取步骤以从同步中搜索出扩展码同步点，而同步跟踪步骤在同步获取步骤之后执行，以保持每个扩展码的相位误差在比每个扩展码的单个码片(chip)长度小得多的时间范围内。

在所示实例中，可以考虑该同步获取步骤由搜索引擎17所执行，而同步跟踪步骤由每个第一至第三指状接收单元15a-15c所执行。

这示出每个指状接收单元15a-15c必须执行同步跟踪步骤。为此目的，延迟锁定环路(DLL)通常用于每个指状接收单元15a-15c中，并具有一互相关网络、一反馈位移寄存器、一环路滤波器、以及一压控时钟。通过这种结构，互相关性在早期代码和后期代码之间计算，该早期代码和后期代码都比即时代码早和晚，由每个扩展码的码片长度所确定的时间。另外，相位被精确在延迟锁定环路中调整，使得在与早期代码和后期代码相结合计算的相关电功率之间的差别变为零。

在常规分离多径接收器中，搜索指必须具有用于同步获取步骤的电路，并且每个指状接收单元15a-15c必须具有结构复杂的延迟锁定环路。该结构具有本说明书前言所述的缺点。

参见图3，假设根据本发明的一个最佳实施例的分离多径接收器电路被用于一移动台中，并具有被提供接收信号RS的搜索指16和用于产生解调信号DM的分离多径合成器18，与图1中相类似。该所示分离多径接收器电路还具有第一至第八分别连接到第一至第八延迟电路31-38的指状接收单元21-28，并都连接到数字信号处理器(DSP)41和扩展码发生器42。

DSP 41由搜索指16所控制并以类似于图1中所示的搜索引擎17的方式操作。在这种连接中，DSP 41检测多路径成分的每个峰值时序，如图2中所示的MP1-MP3，以获得多路径成分的每个延迟时间。DSP 41产生表示基于延迟分布的多路径成分的延迟时间的延迟时间信号，并把该延迟时间信号分别传送到被提供有扩展码的第一至第八延迟电路31-38。

在所示实例中，假设该扩展码发生器42产生由长代码(例如伪随机噪声(PN)码)和短代码(例如沃尔什代码)所构成的扩展码，并在所示分离多径接收器电路中保持不变，尽管在图3中没有明确示出。无论如何，在本领域中众所周知的是长代码被用于建立同步，而短代码用于为每个用户确定每条信道。

因此，上述扩展码被发送到第一至第八延迟电路31-38，并根据来自DSP 41的延迟时间信号分别提供给第一至第八指状接收单元21-28。

在所示实例中，每个第一至第八指状接收单元21-28在结构和操作上相类似，只是每个指状接收单元21-28可根据由互不相同的延迟时间所延迟或位移的扩展码而操作，该延迟时间由从第一至第八延迟电路31-38所发送的延迟时间信号所决定。因此，仅对作为第一至第八指状接收单元21-28的代表的第一指状接收单元21进行描述。

如图3中所示，所示指状接收单元21给出由第一延迟电路31按特定的一个延迟时间信号所决定的时间延迟的扩展码，并且具有可根据内部延迟扩展码而操作的第一至第五逆扩展器211-215，该内部延迟扩展码被在单个片段长度或码片时间CT之内以下文具体描述的方式而延迟。

在这种情况下，假设第一至第五逆扩展器211-215具有分别提供-2T、-T、0、T、2T延迟的第一至第五内部延迟单元，在此T等于单个码片时间CT的四分之一(1/4)。相应地，第一至第五内部延迟单元的内部延迟时间等于单个码片时间CT的-1/2、-1/4、0、1/4和1/2。但是，逆扩展器211-215的数目不限于5个而是可以小于或大于5个。这意味着，T也可以不限于单个码片时间CT的1/4。

无论如何，第一至第五逆扩展器211-215根据内部延迟扩展码把接收信号RS分别逆扩展为第一至第五本地逆扩展信号。实践中，每个内部延迟扩展码可以包括长代码和短代码。

所示指状接收单元21具有连接到第一至第五逆扩展器211-215并且被给定第一至第五本地逆扩展信号的选择器218。该选择器218把第一至第五本地逆扩展信号之间相互比较，以从第一至第五本地逆扩展信号中选择所质量最佳的一个。为了从第一至第五本地逆扩展信号中选择质量最佳的逆扩展信号，该选择器218利用信号干扰比(SIR)作为接收质量的评估基准以评估第一至第五本地逆扩展信号。另外，可以用任何其它评估基准取代SIR。

在图3中，分离多径合成器18连接到第一至第八接收装置21-28并调节发送自各指状接收单元21-28的延迟时间，以考虑到以最大比例合成它们，并产生解调信号DM。

现在将描述图3中所示的分离多径接收器电路的操作。接收信号RS不只是传送到第一至第八指状接收单元，而且传送到搜索指16。在此，请注意该接收信号RS包括一系列被扩频并被在其中附加有误差或噪声的引导符号。该引导符号序列可以被称为接收引导符号序列。在这种情况下，通过计算扩展引导符号的副本(可以简称为引导符号副本)，并通过在该引导符号副本的整个长度上计算接收引导符号序列与该引导符号副本之间的互相关可以获得即时延迟分布。更具体地说，设N表示由基站和所示分离多径接收器电路之间的距离所决定的搜索范围，而L表示该副本长度。另外，假设r_n表示第n个被接收引导符号，而p_i表示第i个副本符号，其中n为在0和N之间的整数，i为0和L-1之间的整数。

在这种情况下，第n个时刻的延迟分布由下式表示：

Rn＝In²+Qn²

其中In和Qn分别表示延迟分布Rn的同相且正交的成分。在此，同相和正交成分In和Qn之间的关系由下式给出：

In + jQn = Σ_{i = 0}^{L - 1} (r_{n + 1} + conj (p_{i})) . . . . . . (1)

其中conj表示复数共轭。从方程(1)中，容易理解搜索指16所计算的延迟分布Rn由接收引导符号与在副本长度上的引导符号副本之间的差别之和所指定。

在任何情况下，该延迟分布Rn类似于图2中所示的延迟分布，并从搜索指16传送到在图2中所示的DSP 41，该DSP 41可以如上文所述作为搜索引擎而操作。结果，每个第一至第八延迟电路31-38被给定为来自DSP41的多路径成分(例如，MP1-MP3)所确定的每个延迟时间，并由每个延迟时间延迟该扩展码。因此，第一至第八指状接收单元21-28(图3)分别被提供由第一至第八延迟电路31-38所延迟的延迟扩展码。请注意，延迟分布Rn是在每个接收引导符号中计算的，这可以容易地从方程(1)看出，并且该接收引导符号的每个符号率通常低于扩展码的码片率(chip rate)。这表示DSP 41不能在比该符号率更短的时间内控制该延迟时间。

考虑到上述问题，每个第一至第八指状接收单元21-28具有第一至第五逆扩展器211-215，如图3中所示。

参见图4并结合图3，第一至第五逆扩展器211-215中的每一个具有内部延迟单元51、复数乘法器52、相关器53、路径估计器54、复数共轭计算器55、以及乘法器56。

在此，请注意第一至第五的逆扩展器211-215的每个内部延迟单元51具有互不相同并且比码片时间或码片率短的内部延迟时间，如结合图3所述。这意味着每个内部延迟时间比该符号率更短。

在所示实例中，第一至第五逆扩展器211-215(图3)具有分别提供0、tc/4、tc/2、3tc/4和tc的延迟，其中tc表示码片时间。在这种情况下，位于第一至第五逆扩展器211-215的中央的第三逆扩展器213的内部延迟单元51提供由DSP 41所示的延迟。换句话说，第一至第八延迟电路31-38的延迟时间在DSP 41的控制下变化，以调整通过各个延迟电路31-38发送的扩展码的相位。

在图4中，该延迟扩展码从扩展码发生器42通过延迟电路31给予在第一指状接收单元21中的每个第一至第五逆扩展器211-215的内部延迟单元51。在每个剩余指状接收单元22-28中执行相似的操作，尽管关于该操作描述在本说明书中省略。

延迟扩展码被在每个第一至第五逆扩展器211-215中的内部延迟单元51以上述方式中确定的延迟时间进一步延迟，并且作为内部延迟信号发送给被提供接收信号RS的复数乘法器52。该复数乘法器52由通过内部延迟单元51延迟的延迟扩展码把接收信号RS逆扩展为内部逆扩展码。每个内部逆扩展码被发送到相关器53以结合每个内部逆扩展码计算在每个符号中的相关值。该相关值一方面被发送给路径估计器54，另一方面发送给乘法器56。路径估计器54可以由可根据软件进行操作的DSP所形成，并利用特定模式信号的中央部位估计衰落矢量。该衰落矢量由复数表示，并指定通信路径的特性。该衰落矢量被给予复数共轭计算器55，以计算该衰落矢量的复数共轭。乘法器56把相关器53的输出与复数共轭计算器55的输出相乘以获得相干检测信号。该复数乘法器52和相关器53可以由硬件所构成。

在此，上述操作可以利用公式进行描述。在这种情况下，设M表示引导信号长度。另外，假设i_PL(m)表示第m个接收信号，即引导信号的第m个符号，而Z_iPL(m)表示通过信道估计所获得的第m个衰落矢量，其中m为0和M-1之间的整数。

在这种情况下，相干检测信号由V_iPL(m)所表示，并由下式给出：

V_iPL(m)＝i_PL(m)×conj(Z_iPL(m)) (2)

从方程(2)，容易理解，该衰落矢量可被从相干检测信号V_iPL(m)中删除。这表示可以在没有任何DLL的情况下执行同步跟踪操作。

根据本发明，即使当在多路径成分的延迟时间内发生不能由DLL所跟踪的突然变化，也可以精确执行同步获取和同步跟踪操作。这是因为每个指状接收单元具有多个逆扩展器，并且每个逆扩展器可按与即时延迟时间相一致的时序响应每个多路径成分，并且由该选择器从逆扩展器的输出中选择最佳输出。结果，每个指状接收单元可以有效地接收并响应每个多路径成分。因此，分离多径合成器18可以接收所需信号。通过这种结构，在每个指状接收单元中不再需要任何具有一环路并且结构复杂的DLL。这使得分离多径接收器电路的计算量下降并且尺寸变小。另外，当逆扩展器和相关器由硬件构成时，取决于码片率的处理可以在逆扩展器和相干器中以高速度完成。

另外，在本发明中，每个多路径成分的延迟时间的检测是通过利用可根据软件进行操作的DSP和CPU来执行。这意味着，可以灵活地改变和优化用于检测的算法。

尽管到目前为止已经结合最佳实施例对本发明进行描述，但是对于本领域内的专业人士可以容易地用各种其它方式实现本发明。例如，指状接收单元的数目可以不限于八个，而是可以为三个等等，如图1中所示。另外，DSP 41可以由通用CPU(中央处理单元)而代替。另外，也可以通过利用软件来取代DSP 41以高速度处理信号来检测多路径成分的延迟时间。尽管本说明书是假设该指状接收单元用于移动台中而进行描述的，但是根据本发明指状接收单元可以用于基站中。

Claims

1.一种用于码分多址(CDMA)系统中的以根据扩展码和受到CDMA调制的接收信号产生逆扩展信号的指状接收单元，其特征在于，其中包括：

多个逆扩展电路，每个具有互不相同的延迟时间，并且共同被提供有接收信号的扩展码，以根据逆扩展电路的延迟时间产生多个延迟的逆扩展信号；

其中每个逆扩展电路包括：

一延迟电路，其具有互不相同的延迟时间，并可响应该扩展码进行操作，以产生延迟时间互不相同的各个延迟扩展码；和

一计算电路，其响应该延迟扩展码和接收信号进行操作，以产生各个延迟逆扩展信号；以及

一个选择器电路，其在该延迟的逆扩展信号中选择其中一个具有最佳质量的延迟的逆扩展信号作为该逆扩展信号。

2.根据权利要求1所述的指状接收单元，该扩展码被分为多个码片，其中每个具有预定的码片时间，其特征在于，被分配给逆扩展电路的延迟电路的每个延迟时间是通过用大于一的正整数除该预定的码片时间而给出。

3.根据权利要求1所述的指状接收单元，其特征在于，该计算电路包括：

一复数乘法器，它用复数形式的接收码乘以该延迟扩展码，以得到一系列乘积信号；

一相关电路，其计算乘积信号序列中的相关性；以及

一输出电路，其从该相关性中计算延迟逆扩展信号。

4.根据权利要求3所述的指状接收单元，其特征在于，该输出电路包括：

一路径估计电路，用于从该相关性中估计通信路径，以产生与该通信路径相关的衰落矢量；

一复数共轭计算器，用于计算衰落矢量的复数共轭；以及

一乘法器，用于把该相关系数与该复数共轭相乘以得出延迟逆扩展信号。

5.一种分离多径接收器电路，其用于码分多址(CDMA)系统中以根据一扩展码和受到CDMA调制的一接收信号产生解调信号，并且该接收信号是通过多个路径给到该分离多径接收器电路，其特征在于，其中包括：

一搜索指状电路，其接收该接收信号以检测具有取决于路径的多路径成分的接收信号的延迟分布；

一个延迟时间检测电路，其通过检测延迟分布的每个峰值时序检测多个路径成分的每个成分的延迟时间；

一个产生预定扩展码的扩展码发生器；

多个延迟电路元件，其具有互不相同的主要延迟时间并把预定扩展码按所述的主要延迟时间的长度延迟以产生多个延迟扩展码；

多个指状接收单元，其被提供有所述的延迟扩展码和接收信号，以根据该延迟扩展码把所述路径成分分别解调为解调路径成分；以及

一分离多径合成器，其被被提供有所述解调后的路径成分以把解调后的路径成分合成为解调信号；

每个指状接收单元包括：

多个逆扩展电路，其中每个具有互不相同的内部延迟时间，并且共同被提供有所述的接收信号和扩展码，以根据逆扩展电路的延迟时间产生多个延迟逆扩展信号；

各逆扩展电路包括：

一内部延迟电路，其具有互不相同的延迟时间，并可响应按主要延迟时间长度延迟的扩展码进行操作，以产生内部延迟时间互不相同的各个延迟扩展码；和

一选择器电路，它在延迟的逆扩展信号中选择质量最佳的一个延迟逆扩展信号作为每个逆扩展路径成分。

6.根据权利要求5所述的分离多径接收器电路，该扩展码被分为多个码片，其中每个具有预定的码片时间，其特征在于，被分配给逆扩展电路的内部延迟电路的每个内部延迟时间是通过用一个大于一的正整数除该预定的码片时间而给出。

7.根据权利要求5所述的分离多径接收器电路，其特征在于，该计算电路包括：

一相关电路，其计算乘积信号序列中的相关性；以及

一输出电路，其从该相关性中计算延迟逆扩展信号。

8.根据权利要求7所述的分离多径接收器电路，其特征在于，该输出电路包括：

一复数共轭计算器，用于计算衰落矢量的复数共轭；以及

9.根据权利要求6所述的分离多径接收器电路，其特征在于，该接收信号被以比预定码片率长的预选符号率给出。

10.根据权利要求9所述的分离多径接收器电路，其特征在于，每个内部延迟时间比主要延迟时间短。

11.根据权利要求10所述的分离多径接收器电路，其特征在于，每个指状接收单元的内部延迟电路具有在所述码片率范围内互不相同的内部延迟时间。

12.根据权利要求7所述的分离多径接收器电路，其特征在于，该复数乘法器和相关电路由硬件所构成。

13.根据权利要求5所述的分离多径接收器电路，其特征在于，该延迟时间检测电路由数字信号处理器(DSP)所构成。

14.根据权利要求5所述的分离多径接收器电路，其特征在于，该延迟时间检测电路由中央处理单元(CPU)所构成。