CN1152504C - 基于数字匹配滤波器的多径搜索与信道估计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明利用数字匹配滤波器完成一个或多个扩频码道的数字匹配滤波，连续提供对应扩频码道的相关值，对要捕获的扩频码道的相关值进行非相干累加并判决即可实现该码道的扩频码捕获；同样利用数字匹配滤波器输出的相关值进行相干或非相干累加并进行比较判决，可以以较高的增益搜索到多径信号并获得每个径的可靠信道估计结果；针对需要进行码片跟踪的扩频码道，对数字匹配滤波器输出的一个或多个路径的相关峰的超前和滞后相关值进行运算可获得码片跟踪误差信号，据此即可完成码片跟踪。
Description
(一)技术领域：
本发明属于直接序列扩展频谱(DS/SS)通信领域，包括码分多址(CDMA)通信以及采用直接序列扩频技术的蜂窝移动通信和无线接入。
本发明涉及基于数字匹配滤波器的捕获、径搜索、信道估计与相干码片跟踪实现方式，是一种崭新的CDMA通信系统接收机实现方案，采用本发明可降低接收机的复杂程度，并提高接收机的性能。
(二)背景技术：
任何DSSS无线通信系统的接收机都必须具有扩频码捕获、多经搜索、信道估计及码片跟踪等功能。本发明的目的在于提供一种新的基于数字匹配滤波器的实现方案，可以以较低的复杂程度有效地实现扩频码的捕捉、多经搜索、信道估计及码片跟踪等功能，并提高接收机的性能。
(三)发明内容：
本发明的基本原理是：利用数字匹配滤波器完成一个或多个扩频码道的数字匹配滤波，连续提供对应扩频码道的相关值，对要捕获的扩频码道的相关值进行非相干累加并判决即可实现该码道的扩频码捕获；同样利用数字匹配滤波器输出的相关值进行相干或非相干累加并进行比较判决，可以以较高的增益搜索到多径信号并获得每个径的可靠信道估计结果；针对需要进行码片跟踪的扩频码道，对数字匹配滤波器输出的一个或多个路径的相关峰的超前和滞后相关值进行运算可获得码片跟踪误差信号，据此即可完成码片跟踪。
本发明有益效果：利用本发明可以在较低实现复杂度的情况下灵活地实现高性能的扩频码捕获、多经搜索、信道估计及码片跟踪。
(四)附图说明：
图1为本发明方法方框图；
图2为基于匹配滤波器的码片跟踪和信道估计实现电路图。
(五)具体实施方式：
下面结合图1、图2进一步详细说明具体实施方式：
数字匹配滤波器是该发明的中心部件。基带模拟信号经A/D变换后进入到数字匹配滤波器，数字匹配滤波器完成对输入数字基带信号的码滤波，连续提供对应扩频码道的相关值。在这里，数字匹配滤波器的级数可以根据需要灵活调整，扩频码道的个数可以根据具体情况调整，不同码道还可以时分地利用同一个匹配滤波电路，如假定信号采样速率为2倍码片速率，用8倍码片时钟就可以用一个数字匹配滤波电路实现4个码道的匹配滤波。考虑一个码道的情形，由扩频码的自相关特性，当本地扩频码与输入信号相位一致时出现较高的相关峰值，相位不一致时出现低的相关值。这些相关值携带有输入信号的时延相位信息、多径扩散信息以及扩频码的自相关/互相关信息，捕获、径搜索、信道估计以及码片跟踪都可以基于数字匹配滤波器输出相关值携带的这些信息来完成，它们分别按各自的需求来提取。
初始捕获是完成扩频信号接收的第一步，扩频接收机通过初始捕获来获得扩频码的粗同步。基于数字匹配滤波器的初始捕获是一种经典的捕获方法，通常可通过非相干检测器作一次或多次判决来完成。具体的捕获电路和搜索策略可以根据捕获的性能要求和输入信号的质量来灵活考虑。具体来讲，捕获可分为限时和不限时两种，其性能指标具体体现在平均捕获时间、捕获时间方差、捕获概率以及限时捕获概率等几个参数上，具体捕获电路应能满足这些指标的性能要求。基于数字匹配滤波捕获的特点是能实现快速捕获，因为数字匹配滤波能连续提供扩频码各个相位的相关值。另外，基于数字匹配滤波器的捕获可以通过对匹配滤波器输出相关值作相干或非相干累加来提高捕获电路的检测性能。值得注意的是，本发明的特点不在于此，初始捕获只是该发明实现的功能之一，基于匹配滤波器的捕获、径搜索、码片跟踪以及信道估计是一个相互制约、紧密联系的整体。
初始捕获完成后进入跟踪状态，同时可启动径搜索和信道估计电路。跟踪电路用延迟锁相环(DLL)实现。通常延迟锁相环用迟/早两个相关器来实现，比较迟/早两个相关器输出的相关值得到鉴相误差，鉴相误差经锁相环路滤波后去控制ADC采样时钟相位或调整本地扩频码相位来实现扩频码的细跟踪。
图2所示为基于匹配滤波器的码片跟踪和信道估计实现电路。本发明采用调整采样ADC时钟的方式实现扩频码的精确跟踪。如附图2所示，基于匹配滤波器的DLL的鉴相误差直接从匹配滤波器输出的相关值中提取，不需另作迟/早相关器。附图中D表示延时器，2D为迟/早相关值之间的时延差，时延大小可以根据输入相关值速率和鉴相的要求来决定。鉴相误差提取具体采用相干或非相干可以灵活决定，若采用相干误差提取，则可直接利用信道估计结果来实现。鉴相误差的相关长度可通过调整对相关值的累加次数来灵活改变，DLL调整时钟的频率也可以灵活调整。另外，由于无线环境和码速率的不同，接收信号有单径和多径之分，对单径信号的接收，DLL误差提取不须考虑多径的影响。多径信号下DLL的实现方式可以灵活决定。由于该结构中只有一个ADC采样，即DLL调整的时钟只有一个，因此多径环境下鉴相误差提取采用多径分集合并的形式，合成一个误差信号经环路滤波后调整ADC时钟。鉴相误差的分集可采用选择式分集，也可采用等增益合并或最大比合并的分集方式，具体采用哪种方式可以根据需求灵活选则。DLL调整ADC采样的本地时钟，结果使本地时钟与发射信号时钟达到频率锁定，同时微调码片定时，实现扩频码的精确跟踪。值得注意的是，DLL调整时钟的精度可以灵活调节，ADC采样时钟可以是DLL所调整后直接产生的时钟，也可以是它分频后产生的低速率时钟，且都不会影响DLL的跟踪精度。
DLL的性能和跟踪精度会影响径搜索和信道估计的性能，而径搜索和信道估计的性能同时又反过来影响DLL跟踪的性能与精度。具体的说，DLL的性能取决于某种信号环境下采用的实现方式(如前所述)，DLL跟踪精度高、性能好，径搜索的检测概率就会高，虚警概率就会减小，同时信道估计就会更可靠。反过来，径搜索为DLL和信道估计提供定时基准，信道估计为相干DLL提供信道响应参数，因此径搜索和信道估计的准确程度又影响着DLL的跟踪性能。
基于数字匹配滤波的径搜索是在确定了信号到达的不确定性区间(由信号的无线帧定时和无线信道的时延扩展来确定的信号可能到达时刻的范围)后，搜索该区间对应的匹配滤波输出相关值以确定可分离路径的到达时刻。和初始捕获不同的是，初始捕获是在没有确定信号到达的不确定性区间的情况下捕获信号的。在无线环境慢变时，如卫星信道、视距传输等恒参或慢变信道环境，信号到达路径相对稳定或变化缓慢，此时跟踪电路可以跟上信号的慢变，因此只需初始捕获与跟踪电路即可，径搜索电路可以省去。在无线环境较呈现快变时，如快速移动环境下，到达接收机的路径随接收机位置的快速改变而出现剧烈变化(包括信号电平的衰落、旧路径的消失以及新到达路径的出现)，此时跟踪电路已无法跟上路径的这种剧烈变化，径搜索电路实时地搜索信号到达时刻，并决定是否需要更新跟踪解扩和信道估计的径地址(信号到达径的位置)，从而使接收机保持正常工作而不须在跟踪失败时重新启动捕获电路。
基于数字匹配滤波的径搜索电路结构简单，捕获速度快，因为匹配滤波器能够不停地提供信号到达不确定性区间的相关值，至于搜索的具体策略却可以灵活决定。
信道估计指对到达信号的幅度和相位进行估计，一般是在扩频码的精确跟踪以后，通过引导信号辅助完成的。引导信号可以是时分地承载在其他如数据信道上的确知信号，也可以是与其他信道并行的单独无线信道。若是时分地承载在其他信道上，则可以从固定位置取出匹配滤波器输出结果来完成信道估计；若是单独的无线信道，则该信道上对应径地址处的匹配滤波输出相关结果均可用来作信道估计。
图2所示，基于数字匹配滤波器的信道估计是在完成径搜索和进入码片跟踪状态后针对每个信号到达路径进行的，此时只需分别取出每径对应位置(图2中由径地址产生的指示来表示)的相关值经平滑累加或其他算法来实现，而不须额外使用相关器，从而简化了电路。具体算法和参数可以灵活选定，如平滑累加的次数可以根据不同的环境灵活选择，另外还可以使用一些辅助算法如自适应算法来提高估计性能。
基于数字匹配滤波器实现的接收机结构以一种简单的电路来综合选择各种算法，使各个部件的性能达到更优。
综上所述，本发明的基本特征是：DSSS通信中的扩频码捕获、多经搜索、信道估计及码片跟踪全部基于数字匹配滤波器实现，以较低的实现复杂性获得较高的接收性能，其突出优势是其灵活性、低复杂度和高性能。
本发明的保护不受图1实施例所描述特征的限制，而且包括其他的变形，以及在权利要求书范围内的变更。
Claims (10)
1.基于数字匹配滤波器多径搜索与信道估计方法，其特征在于：利用数字匹配滤波器完成一个或多个扩频码道的数字匹配滤波，连续提供对应扩频码道的相关值，对要捕获的扩频码道的相关值进行非相干累加并判决即可实现该码道的扩频码捕获；同样利用数字匹配滤波器输出的相关值进行相干或非相干累加并进行比较判决，可以以较高的增益搜索到多径信号并获得每个径的可靠信道估计结果；针对需要进行码片跟踪的扩频码道，对数字匹配滤波器输出的一个或多个路径的相关峰的超前和滞后相关值进行运算可获得码片跟踪误差信号，据此即可完成码片跟踪。
2.根据权利要求1的基于数字匹配滤波器多径搜索与信道估计方法，其特征在于：数字匹配滤波器可以是一个或多个。
3.根据权利要求1的基于数字匹配滤波器多径搜索与信道估计方法，其特征在于：数字匹配滤波器的级数可以使任意的。
4.根据权利要求1的基于数字匹配滤波器多径搜索与信道估计方法，其特征在于：扩频码捕获的搜索策略可以是任意的。
5.根据权利要求1的基于数字匹配滤波器多径搜索与信道估计方法，其特征在于：扩频码捕获时的非相干累加方式和累加次数可以是任意的。
6.根据权利要求1的基于数字匹配滤波器多径搜索与信道估计方法，其特征在于：多径搜索时的非相干或相干累加方式和累加次数可以是任意的。
7.根据权利要求1的基于数字匹配滤波器多径搜索与信道估计方法，其特征在于：多径搜索的策略可以是任意的。
8.根据权利要求1的基于数字匹配滤波器多径搜索与信道估计方法，其特征在于：信道估计的算法和实现方法可以是任意的。
9.根据权利要求1的基于数字匹配滤波器多径搜索与信道估计方法，其特征在于：码片跟踪可采用相干或非相干方式。
10.根据权利要求1的基于数字匹配滤波器多径搜索与信道估计方法，其特征在于：码片跟踪的实现方法可以是任意的。
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