CN1148888C - 用于控制接收机的方法以及接收机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制接收机的方法，并涉及一种采用瑞克原理实现且包括若干能够与所接收的信号同步的相关器支路(200-204)的接收机。为了使接收机能快速工作，根据本发明的接收机的相关器支路(200-204)包括用于搜索有利信号分量的装置(304)和用于引导一个支路接收它已找出的有利信号分量的装置(116，310)。

Description

用于控制接收机的方法以及接收机

本发明涉及一种用于控制接收机的方法，接收机采用瑞克原理来实现并包括多个能够与所接收的信号同步的相关器支路。

一种采用瑞克原理工作的接收机包括有若干各自能与不同的信号分量同步的支路。因此，接收机可以同时接收若干个信号。瑞克(Rake)接收机特别被用在CDMA接收机中。

CDMA是一种基于频谱展宽技术的多址通信方法，并且近几年来，已经与现有FDMA和TDMA方法同时被应用在蜂窝无线电系统中。CDMA具有若干超过现有方法的优点，例如，频率分配的简单性和频谱效率高等。

在CDMA方法中，用户的窄带数据信号借助具有一个比数据信号宽得多的频带的展宽码扩大到一个相对较宽的频带。在已知的试验系统中，已经使用的带宽是例如说1.25MHz；10MHz和25MHz。在具有扩大作用的连接中，数据信号展宽到整个被使用的频带。所有的用户同时使用同一个频带发射。独立的展宽码被用于基站和移动站之间的每一次连接中，并且用户的信号可以在接收机中根据每个用户的展宽码互相分离开来。最好这样来选择展宽码，使得它们相互正交亦即使它们互不相关。

设置在常规CDMA接收机中的相关器与根据展宽码识别的要求信号同步。通过使用和发射期间同一样的展宽码重新放大数据信号就在接收机中把它恢复到原始的频带。被一些别的展宽码放大的信号在理想的情形下是不相关的并且不恢复到窄带。因此，对于要求的信号而言，它们就好像是噪声一样。目的是从若干个相干信号之中检出所要求的用户的信号。实际上，展宽码并不正交而且由于被接收信号的非线性畸变，其它用户的信号妨碍了对要求信号的检波。这种由用户互相造成的干扰叫做多址联接干扰。

对于频谱展宽系统的性能，最重要的是接收机能够快速准确地与输入信号同步。与输入信号同步通常分两个阶段进行。在捕捉码相位时，从所接收的发射信号中找出所要求的信号并且以半个码元周期的精度确定信号的相位，当这一工作完成时，就认为相位已锁定，在此之后，再用负责维持相位锁定的码跟踪环路精调码的相位。

码相位的捕捉可以用一个匹配滤波器也可借助主动相关法实现。前一方法比较快但仅适用于短码而且在以数字方法实现时要消耗大量的电流。主动相关法是CDMA系统中最常使用的方法。在主动相关法中，以半个码元周期(chip)为一步扫描本地相关器的码相位，并将每个相位与所接收的信号相比较。这一实现方法的优点是经济但比较慢。通过使用若干个并联的相关器使捕捉面积分为若干部分可以加快捕捉。因而捕捉的时间自然会短些。

在现有的装置中，瑞克接收机已经用这样的方法来设计，使得新码相位的捕捉以集中的方式在一个独立的搜索器支路中进行。搜索器支路搜索准备供给接收机的信号并且各个独立的相关器用于对已找出的信号监控和解调。另一种已知的装置是在连接到系统时使用全部相关器用于捕捉，并且在已经找出要求的信号时，各相关器的工作不变，即一个或两个支路担任搜索器工作，其他支路则监控所要求的信号。

用于瑞克接收机各支路的控制算法是一种关于软件和硬件两者实施起来很复杂的复杂分类算法。由于复杂的本质，所以计算各支路的控制算法也要用去大量的时间，这会使得接收机的性能下降。

本发明的目的是实现一种接收机，其中用简单方法控制各瑞克支路，并且控制要快于常规装置中的控制。

这一点采用序论中所述的那种方法达到，其特征在于接收机中的每个相关器支路搜索有利的信号分量，使它本身与已找出的信号分量同步，并在于每一支路都监控和接收已找出的信号分量。

本发明还涉及一种采用瑞克原理实现的接收机，并且接收机包括若干能够与所接收信号同步的相关器支路。根据本发明的接收机，其特征在于接收机的相关器支路包括用于搜索有利信号分量的装置和用于引导一个支路接收已找出的有利信号分量的装置。

在根据本发明的方法中，瑞克接收机的每个支路搜索它开始接收和监控的信号。瑞克接收机的支路开始以不同的延迟工作以确保开始快速接收。当各个支路扫描不同的信号延迟时，已找出的信号的电平与一个预定数值或者一个适当的阈值相比较。这就保证仅有一个足够高质量的信号被选出用于接收。根据本发明的装置不要求一个单独的搜索器部件或是一个算出支路分配的部件。特别是计算分配很复杂，要求相当大量的软件或硬件以及花费相对较长的时间。

下面，将参照根据附图的例子非常详细地叙述本发明，在附图中：

图1是一个总体方框图，说明频谱扩展系统中的一种根据本发明的接收机；

图2非常详细地说明一种根据本发明的接收机中的检波器的结构；以及

图3是一个方框图，说明根据本发明的瑞克接收机中支路结构的一个例子。

首先考察一种典型的CDMA信号。在下面的例子中假定(但并不限制本发明)系统使用BPSK调制法。要被发射的信号乘以扩展码和载波cos(ω₀t)两者。假定扩展码中的数位持续时间(码元周期)等于T_C，于是，当信号乘以一个具有比信息信号的频率大得多的频率的扩展码C(t)时，要被发射的信号的频谱就扩展到一个频带1/T_C。信道上的信号被延迟，因此，被接收信号可表示成下面的形式：

a(k)*c(t-τ)cos(ω₀t)

其中a(k)＝二进制数据(±1)

c(t)＝连续时间展宽码

ω₀＝载波角频率

τ＝过渡时间延迟

在接收机中，所接收的信号必须反过来组成一个窄带。为了做到这一点，接收机必须具有与发射机同一样的扩展码并且该码还应具有同一样的相位。接收中的函数预计为过渡时间延迟τ。通过将所接收的信号与具有正确相位的扩展码相乘得到根据下式的信息信号

a(k)*c(t-τ)c(t-τ’)cos(ω₀t)

其中τ’为对于过渡时间延迟的估算值。

如果接收机生成的扩展码具有完全正确的相位，则能够组成的信号为a(k)cos(ω₀t)，它等于原始载波和数据调制信号。如果接收机中生成的扩展码相位偏移例如0.5个码元周期，在BPSK的情形，接收机的性能降低0.6dB。因此，快速准确的相位捕捉是带根本性的。

下一步，借助图1的方框图考察根据本发明的接收机总体结构。该图示出了用户设备的一种接收机，而根据本发明的接收机自然也可放置在基站中并且接收机的基本部件即特别是检波部件可以用和终端设备中同一样的方法实现。根据本发明的接收机包括一个天线100，它接收一个信号加到射频部件102，信号在102中转变成中频信号。来自射频部件的信号加到一个模/数转换器104，在104中信号被取样且转换成数字形式。已转换的信号106加到一个检波单元108上，在那里检出信号的信道参数和包含在信号之中的要求符号。

在图1所示的终端设备接收机中，被检出的信号加到一个信道解码器110和语音解码器112上，在此之后，被解码的语音信号加到扬声器114上。如果设备是一种数据终端设备，则语音解码器自然会被一些别的解码器替代。此外，如果接收机是一个基站接收机，则信号在信道编码单元之后被加到接收机的其他部件上。根据本发明的接收机还包括一个控制其他部件工作的控制处理器116。根据本发明的接收机自然也还包括例如滤波器和放大器一类的其他部件，不过，正如对于一个熟悉这一技术的人员所清楚的，为了明晰起见，在图中没有示出它们来。

借助图2的方框图更详细地考察采用瑞克原理实现的接收机中检波器108的结构。检波器108包括若干瑞克支路200至204，其输入端是所接收的信号106并且每一支路都监控和解调独立的多路经传播信号分量。支路200至204的输出210至214被加到一个多道混合器206，已解调的分量在206中最好能混合并由此得到多种不同的增益。

在根据本发明的装置中，每一支路独立地搜索它能与之同步的信号分量，并在找出满足标准的信号分量之后，开始监控和接收该分量。用于接收的标准可以是一个与预定的参考电平(它可以是固定的或者动态变化的参考电平)相当的信号功率电平。当找到超过参考电平的信号时，支路确信没有别的接收支路已经接收到所检出的分量。如果相位已经被接收到，则支路根据跟在后面的码相位继续捕捉信号。

瑞克接收机的各支路接收和监控一个给定的所谓时间窗口内即具有某一区间内的延迟的信号分量。要被接收的时间窗口被设定为一个预定的长度。通过调整时间窗口，自适应性也是可以做到的。在第一瑞克支路找出能接收的信号时第一次设定时间窗口的位置。这可以例如说以这样一种方式进行，即支路在所有各支路都可见到的寄存器(可以放在例如说控制单元116中)中设置时间窗口的起始相位和终极相位。然后以这样的方式调整时间窗口的位置，即在下一个瑞克支路自己找到一个信号时，它检验所找出分量的可用性，即考察信号是否被任何别的支路接收以及可用的延迟时间，再通过例如把时间窗口的中心定在已找出的码相位上更新寄存器中时间窗口的起始相位和终极相位。

瑞克接收机的各支路尽可能长时间地接收它们已经找出的信号分量。当信号降低到参考数值以下时或者由于其他支路的分量变化致使分量落在要被接收的时间窗口之外时，支路必须停止接收信号。这时失去其信号的支路便从所接收的时间窗口中搜索新的信号分量，直到找出满足标准的分量为止。

因此，在找出一个信号分量之后，每一个瑞克支路总要检查该分量有没有被某些别的支路使用。每一支路用它自己的时钟信号216供给，以这种方法同步就使每一支路都有自己的时隙用于读取和更新所需要的寄存器。时钟信号控制对其他支路相位的检查以及读取和更新时间窗口寄存器。由于同步的关系，每一支路都在不同的时刻读取寄存器，因此，寄存器以一种受控的方式更新并且各支路均不独自或者在其他支路不知道的情形下更新时间窗口。

图3非常详细地说明根据本发明的接收机中瑞克支路的各基本部件。很明显，对于熟悉这一技术的人员来说，支路还包括例如估算多径传播信号的复数系数的其他部件，只是由于这些部件对本发明没有本质作用而在图中未曾示出。

根据本发明的接收机中的一个瑞克支路首先包括一个生成具有所需相位的要求扩展码的码发生器302。扩展码被加到可以根据已知技术例如借助一个相关器或是一个匹配滤波器实现的相关装置300上。在相关装置中，所接收的信号106被乘以从码发生器302得到的扩展码，并在码具有正确相位时将要求的信号恢复到原始的窄带。然后，所得到的信号再加到一个解调器306上，在那里可以根据已知的技术对信号解调。解调的信号210再加到接收机别的部件上。

瑞克支路还包括码监控装置308，其输入由所接收的信号106和码发生器302的输出信号组成。码监控装置308监示被接收信号成分的相位和控制码发生器的相位使之具有和要求的信号分量同一样的相位。支路还包括一个控制支路工作的控制处理器310。控制处理器在失去与所要求的信号分量同步时也接收来自码监控装置的信息314。然后应当开始对新的信号分量的捕捉。控制处理器310还根据接收机中控制单元116的寄存器检查所找出的信号分量是否已被一些别的支路接收。控制处理器还管理对时间窗口寄存器的检查和更新。在连接开始时，每一支路的控制处理器310还借助控制单元116定出支路的相位，使得接收机的各不同支路的相位不同。如此，就有可能加快找到新的信号分量。

支路还包括用于从所接收的信号106中搜索新的信号分量的装置304。在失去前面所监控的分量的相位或者在被监控分量的电平掉到一个给定的阈值以下时，便通过来自控制处理器310的命令开始捕捉。在根据本发明的接收机中，捕捉装置也可以在接收被当作是一种背景处理的期间搜索新的信号分量。优点是当失去以前监控的分量时，有可能立即与其相位已被作为背景捕捉结果检出的新的分量同步。码监控装置308和捕捉装置306两者都可以通过例如说相关器或匹配滤波器来实现。

如果根据本发明的接收机被用在基站中并以使用独立的支路卡片这样一种方式实现，则时间窗口寄存器可以放置在诸瑞克支路之一中而不放在控制单元116中。此外，根据本发明的接收机的功能可以通过硬件例如说用获得精确实现的ASIC完全实现，或者也可以通过硬件和软件完全实现。

尽管本发明在上面是参照根据附图的例子叙述的，但是很明显，本发明并不局限于此，而是可以在所附权利要求书所阐明的发明精神范围内用许多方法进行修改。

Claims (13)

1.一种用于控制以瑞克原理实现的接收机的方法，接收机包括若干能与所接收的信号同步的相关器支路(200-204)，方法的特征在于：

接收机中的每个相关器支路(200-204)搜索有利的信号分量；

使本身与它所找出的信号分量同步，以及

每个支路都监控与接收它所找出的信号分量。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于在它找出一个有利的信号分量之后，每个支路都要检查是否另外的支路接收了同一个信号分量。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于在接收的开头，接收机的各相关器支路就开始采用不同的信号延迟搜索有利的信号分量。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于在搜索信号分量的过程中，所找出的每个分量的质量都要与一个给定的阈值相比较。

5.根据权利要求2和4的方法，其特征在于在分量的质量超过给定的阈值并且没有别的相关器支路接收所述分量时，相关器支路才开始接收它所找出的信号分量。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于各相关器支路(200-204)以这样一种方式来定出相位，使得每一支路搜索具有不同相位的信号。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于当它们监控和接收有利信号分量时，相关器支路(200-204)同时搜索新的信号分量。

8.根据权利要求4的方法，其特征在于在失去它们监控的信号分量之后，各相关器支路(200-204)从已给的延迟范围中搜索新的超过阈值的信号。

9.一种采用瑞克原理实现并包括若干能与所接收信号同步的相关器支路(200-204)的接收机，其特征在于接收机的各相关器支路(200-204)包括用于搜索有利信号分量的装置(304)和用于引导一个支路接收它已找出的有利信号分量的装置(116，310)。

10.根据权利要求9的接收机，其特征在于接收机的各相关器支路(200-204)包括用于检查是否另一个接收支路接收它已找出的信号分量的装置(116，310)。

11.根据权利要求9的接收机，其特征在于接收机的各相关器支路(200-204)包括用于将所找出的信号分量的质量与一个给定阈值相比较的装置(116，310)。

12.根据权利要求9的接收机，其特征在于接收机包括用于给捕捉过程中所使用的相关器定相位使得每个相关器以不同的相位搜索信号的装置(116)。

13.根据权利要求9的接收机，其特征在于接收机包括用于在监控和接收一个有利信号分量的同时搜索新的信号分量的装置(304)。