CN1182986A

CN1182986A - 瑞克接收机

Info

Publication number: CN1182986A
Application number: CN97117647A
Authority: CN
Inventors: 东明洋; 大野公士; 尾上诚蔵
Original assignee: NTT Mobile Communications Networks Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1996-08-23
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 1998-05-27
Anticipated expiration: 2017-08-22
Also published as: KR19980018876A; EP0825727A1; KR100271122B1; DE69700866D1; EP0825727B1; CA2213654C; CN1096152C; US6026115A; CA2213654A1; DE69700866T2

Abstract

一用于直接序列扩频通信系统的RAKF接收机,可有效地接收多径信号。一路径搜索器检测每条路径的幅值,按幅值的降序选择N条幅度较大的路径,N是解扩器的数目,并且路径搜索器将解扩器分配给选定路径,由该解扩器解扩该路径上的接收信号。其中一条大幅值的路径与一条小幅值的路径被分配至相邻解扩器,并被输入至同一检波前组合器。解扩器的输出由检波前组合器组合,并由检波器检波,检波器的输出由一个检波后组合器进行RAKE组合。

Description

瑞克接收机

本发明涉及RAKE接收机，该接收机用于直接序列扩频通信系统，可有效地接收多路径传播信号。

扩频通信技术是一种通信方法：在发射端，要发射的信号与频带宽度是其几倍至几万倍的扩频码相乘，然后以宽带信号发送，在接收端产生一个与发射端用于扩频的扩频码同步的解扩码，接收到的信号与解扩码相乘恢复出窄带信息。

近年来，CDMA(码分多址)技术令人瞩目，它将扩频通信技术用于无线移动系统的多址访问。扩频通信技术的特点在于抗噪声和干扰，防止信息的隐藏。

在多路径传播中，可在接收端的解扩过程中，以与扩频码长度相应的分辨率区分出多路径信号。由于多路径传播信号通过不同路径到达，故在接收点它们的幅度、相位各自独立地变化。特别是，因为信道的特性随移动台的运动而波动，移动信道就会发生信号衰落。然而多径信号的起伏是各自独立的，因此适当地组合多径信号就可以得到路径分集效应(pathdiversity effect)。

该方案被称为RAKE接收法。

图1为一常规RAKE接收机的结构。图1中，参考数字10标识了解扩器(1)-(n)，每一解扩器与多路径中的一个对应；12标识了一个路径搜索器，用于检测多径信号的同步，并且为解扩器10提供同步；16标识了执行路径检测的检波器(1)-(n)；18标识了组合检波器输出的组合器。

一般而言，路径搜索器12是由对解扩定时连续滑动(sliding)的滑动相关器组成，或者由与扩频码匹配的匹配滤波器组成，或者是类似装置。

以下描述图1所示的RAKE接收机的工作。首先，路径搜寻器12测量信道的多径状态。检测路径，路径搜索器12在路径的被检测周期顺序地操作解扩器10(1)-10(n)。换而言之，解扩器10(1)-10(n)的每个接收不同的多路径传播信号。因为多路径传播信号经过了相位旋转、幅度波动，检波器16(1)-16(n)对其相位和幅度要进行补偿。

解扩器10(1)-10(n)与检波器16(1)-16(n)中的每一对称作一个RAKE检测计(RAKE finger)。RAKE检测计的输出由组合器18组合。组合器18能够比仅接收经过单一路径传送的信号获得更有效的接收，这是因为组合器的输出是通过多条路径的信号的总和，从而提供的接收信号减少了由于衰落产生的失真。

因此，该RAKE系统可以获得多径接收，提高引入功率接收机的有效性，产生路径分集效应。

但是，图1中所描述的RAKE接收机，当其组合的信号在多路径传输后已淹没于噪声之中时(如图2A所示)，接收机的接收质量将会下降。

图2A图示了噪声电平与所接收的多径信号的解扩输出，解扩后的输出输入到各个检波器之间的关系。

RAKE接收机经常采用相关检测做为其检测方法。这是因为，在理想条件下，为获得一定的平均误比特率，相关检测所需的信噪比(S/N比)最小。

但是，在如图2A所示信号淹没于噪声之中的情况下，相关检测的性能将迅速恶化，这是由绝对相位的估计误差所导致的。

而且，当如图2B所示，多条路径的数目超过RAKE检测计的数目时，不能获得有效的接收功率组合。然而增加RAKE检测计的数目又会导致将淹没于噪声中的路径组合进去。

图2B与2A一样，图示了噪声电平，接收的多路传播信号的解扩输出，及送至各个检波器的解扩输出之间的关系。这里，输出没有和检波器相连的表示它们没有对应的RAKE检测计。

本发明的目的是提供一种RAKE接收机，即使当有些路径的信号淹没在噪声之中的时候，该接收机也可以使RAKE组合有效地利用接收功率，并且该接收机可以完成高质量的接收，减少由于噪声而产生的失真。

根据本发明，一个RAKE接收机包括：

多个解扩器，每个与信道多路径中的一个路径对应，并解扩该路径上的接收信号。

多个检波前组合器，每一个组合至少由解扩器传送来的两路信号；

多个检波器，用于对检波前组合器的输出或解扩器的输出进行检波；

一个检波后组合器，用于组合检波器的输出；

一个路径搜索器，用于识别多路径，并将解扩器分配给某一路径。

这里，该RAKE接收机还包括一个开关，用于将解扩器的输出连至所希望的检波前组合器组中的一个，并且将解扩器的输出连至检波器的输入端，其中路径搜索器控制开关的连接状态。

路径搜索器可以动态地改变开关的连接状态，以响应多路径的识别结果。

至少有一个检波前组合器将一个信号电平大于一预定值的路径和另一个信号电平小于该预定值的路径进行组合。

检波前组合器可以组合若干路径，其平均信号电平小于特定门限，并且检波后组合器组合的路径的平均信号电平大于该门限值。

检波前组合器可以组合信号电平在第一，第二门限值之间的路径，其中第二门限小于第一门限，检波后组合器可以组合信号电平超过第一门限值的路径，其中信号电平小于第二门限的路径将被取消不予组合。

路径搜索器将决定路径的组合，以便使被RAKE组合的每一个输入的平均电平和基本上相等。

检波后组合器组合N条路径的信号，这N条路径是从信号最大的平均值开始以信号电平平均值的递减的顺序选出，其中N是一个预先确定的自然数，检波前组合器组合平均信号电平小于这N条路径的剩余路径。

本发明上述以及其余的目的，效果，特点及优点在下面附图中所描述的实施例会变得更清晰。

附图的简要描述

图1是常规的RAKE接收机的方框图；

图2A与2B图示了多径信号，噪声电平以及RAKE检测计的关系；

图3是应用本发明的RAKE接收机的第一个实施例的框图；

图4是应用本发明的RAKE接收机的第二个实施例的框图；

图5A与5B图示了路径的选择与组合图；

图6A与6B是根据本发明的RAKE接收机的详细框图；

图7的图表显示了为获得10^-3的平均比特错误率(BER)，每比特的能量与噪声功率密度的比值(Eb/No)随归一化衰减频率(FDT)的变化。

本发明将参考附图进行详细描述。

实施例1

图3为根据本发明的RAKE接收机的第一个实施例。

在图3中，参考数字10指示了解扩器(1)-(n)，12指示了一个路径搜索器，14指示了m个检波前组合器(1)-(m)，18指示了一个检波后组合器。一般而言，路径搜索器12是由能够完成解扩定时连续滑动的滑动相关器组成，或者由与扩频码匹配的匹配滤波器组成。而且，它还具有测量多径信号幅度和延时的功能。并且路径搜索器还可为解扩器10(1)-10(n)设置解扩定时使其与相应路径配合。检波前组合器14(1)-14(n)各自由一个平面加法器组成。检波器16为每一路径补偿由于衰减产生的相位旋转或者发送机与接收机之间的频率偏差，由此完成合适的RAKE组合。检波后组合器18是一个RAKE组合器，它对多径信号加权组合以获得最大比例的组合。解扩器10(1)-10(n)中的一部分可直接与检波器16的一部分相连接。

这里的RAKE接收机与常规的如图1所示的接收机实质的不同在于，在解扩器10与检波器16之间插入了检波前组合器14，检波前组合器14组合解扩器的输出，将结果送至检波器，在图3所示的实施例中，每一个检波前组合器在检波解扩信号前组合两条路径的信号。由此，解扩器的数目n和检波器的数目m之间的关系可由下式表达

m＝n/2

现在描述图3所示的RAKE接收机的工作。首先，路径搜索器响应一接收信号，对每一路径，测量多径信号的幅度和延时，随后，路径搜索器12从最大幅度对应的路径开始以幅度的降序选择n条路径，n是解扩器的数目，并对解扩器10(1)-10(n)定时，从而将解扩器10(1)10(n)分配给各路径以解扩多径信号。

在本例中，解扩器10的分配是按如下方式完成的，即一个大幅度的路径(alarge amplitude path)与一小幅度的路径(a small amplitudepath)被分配给相邻的解扩器，它们的输出被输入同一个检波前组合器。

因此，解扩器10(1)-10(n)的输出被检波前组合器14(1)-14(n)组合，这样，一个大幅度的路径就和一个小幅度的路径配对，由检波器16(1)-16(m)检波，检波器的检波输出由检波后组合器18组合，由此完成了RAKE效应。

大幅值路径与小幅值路径的检波前组合使即使当多径信号淹没在噪声之中多径功率也能得到有效利用。

在前述的实施例中，是每两条路径组合在一起，当然也可以将3个或更多的解扩输出组合在一起。这种情况下，可以将一个大幅度的路径与两个或更多小幅度的路径组合。

解扩器的数目以及用于检波前组合的路径的数目可预先经过测量所使用的传播路径的多径状态和设备中可使用的解扩器的数目决定。

实施例2

图4示出了根据本发明的RAKE接收机的第二个实施例。

在图4中，参考数字10指示了对应于各路径的解扩器(1)-(n)每一解扩器，22指示了一路径搜索器，23指示一开关，14指示了一检波前组合器(1)-(m)，16指示了检波器(1)-(m)，18指示了一检波后组合器。该RAKE接收机与图3所示的接收机的不同在于它在解扩器10与检波前组合器14之间加入了一开关23。开关23由路径搜索器控制，按预定组合方式组合解扩器10(1)-10(n)的输出，并将它们送至任一检波前组合器14(1)-14(m)。进一步，解扩器10(1)-10(n)的输出也可直接连至任一检波器16(1)-16(m)的输入，不需插入检波前组合器。

现在描述图4所示RAKE接收机的工作。路径搜索器22检测多路径，决定使用的解扩器10的数目，根据多路径的数目和幅度决定检波前组合器的组合，设置开关23以及解扩器10的时钟。

用一个例子来描述由路径搜索器12所完成的解扩器10的数目以及检波前组合器组合的确定操作。

(1)搜索器将每一路径与多路径中的幅度最大的路径比较，得到幅度超过门限(例如-6dB)的路径的数目N。

(2)选择2N个解扩器10，并通过设置解扩器10的定时来为路径分配解扩器。

(3)形成N个组合，每个组合是将幅度超过-6dB的N条路径中的一个的输出与幅度低于-6dB的N条路径中的一个的输出进行组合，这些输出由解扩器10提供，设置开关23以使N个组合输入至检波前组合器14。

因此，检波前组合器14中的每一个接收到一个大幅值的路径的信号和一个小幅值的路径的信号并将其组合。然后，检波前组合器14的输出由检波器16检波，并由检波后组合器18完成N路RAKE组合。

按如此结构，开关23可以动态的改变解扩器10(1)-10(n)的输出的组合，并将其输入检波前组合器14(1)-14(m)中的任一个。尽管传播路径的多条路径有暂时的波动，但仍可以获得最优的RAKE组合，该组合能防止使组合功率减小的组合或者是包括许多噪声的路径的组合。

有几种路径组合的方法，例如

(1)一种将大平均信号电平的路径与小平均信号电平的路径组合(如前文所述)的方法。

(2)一种检波前组合平均信号电平小于预置门限的路径，检波后组合平均信号电平大于该预置门限的路径的方法。

(3)一种设置双平均信号电平门限的方法，其中，对于幅值小于较小的第二门限的路径因为无法将其与噪声相区别故取消不予组合，幅值在两门限之间的路径在检波前被组合，幅值大于较大的第一门限的路径在检波后被组合。

(4)一种为得到最大的RAKE组合效应而使每个输入到RAKE组合器的平均电平相等的组合方法。

(5)一种在检波后组合N条路径，这N条路径是从幅值最大的开始以平均电平递减的顺序选出的，而在检波前组合其余路径的方法。

将参照图5A与5B更详尽地描述第(4)项所述的组合方法。如前所述，当RAKE组合器的每个输入的平均电平相等时，RAKE组合可获得最大的效应。这与采用多个天线实现空间分集类似，如果天线的增益和接收的平均值各不相同(增益不同)，分集的效应将会降低。

尽管有多种组合方法可使输入与RAKE组合相配合，将参考图5A与5B对其中之一进行描述。首先，得到路径的平均电平。如图5A所示，X轴代表路径，Y轴代表平均电平。得到的平均电平按值的大小的降序进行排序。如图5B所示，由14(1)组合器开始使用开关23将按平均电平降序排列的路径分配至检波前组合器14，当第n条路径被分配给组合器14(n)后，剩余的路径从第(n+1)的路径开始依次按其平均幅度的降序顺序分配给组合器14，并始于组合器14(n)，止于组合器14(1)。该过程循环往复直至所有的路径都已分配给组合器14，如图5B所示。组合器14，组合所分配的路径，产生电平值大致相等的输出。输出值由检波器16检波，然后被输入到RAKE组合器(检波后组合器)18。系统如此设计可以为RAKE组合器提供大致相等的输入，以获得最有效的RAKE组合。

图6是安装有如图4所示的RAKE组合系统的接收机框图。图6中，天线41输入的接收信号通过射频级42转化为基带信号，再通过一个A/D转换器43转化为数字信号。该数字信号被送入解扩器10与路径搜索器22。输入到路径搜索器22的信号由相关器52与一码序列做相关，该码序列由码产生器53用其定时滑动产生，相关判决模块54判决是否已建立相关。相关的建立意味着一条路径已被确认。因此，已被确认的路径的定时被顺序地分配给解扩器10中的码产生器45(1)-45(n)，用码发生器45和相关器44在这些定时里解扩使路径被分配给路径检测计。

为得到每一路径的平均电平，该路径的相关值在相关存储器55中累加，在相关存储器中每一路径对应一存贮区域。因此，得到了每一路径的平均电平，使得组合时可以使用上述得到的平均电平值。然后，信号处理器19对组合后的信号进行解码，以恢复出所传输的原始信号。

图7所示的是，为获得10^-3的平均误码率(BER)，比特能量与噪声功率密度之比(Eb/No)随归一化频率变化的特性。这里假设有四条路径，在常规系统中，它们直接被进行RAKE组合，在根据本发明的系统中，有两对路径，每一对由一大幅值的路径和一小幅值的路径组成，每对路径被RAKE组合。

从图中可以看出，应用本发明，在无空间分集的情况下，每比特能量与噪声谱密度的比值可获得大约0～0.5dB的提高，在有空间分集的情况下，大约是0.3～0.5dB。

本发明已就所推荐的实施例进行了详细描述，根据上文所述，对于熟练的技术人员，显然可以在不违反本发明主要方面的情况下，做一定地变化与改进，因此，在所附的权利要求书中覆盖了所有可能的变化与改进，做为属于本发明精神之列。

Claims

1.一种RAKE接收机包括：

多个解扩器，每个和一信道的多条路径中的一条对应，并解扩该路径上的接收信号；

多个检波前组合器，每个组合器至少对上述解扩器传送来的两路信号进行组合；

多个检波器，用于对上述检波前组合器或上述解扩器的输出进行检波；

一个检波后组合器，用于对上述检波器的输出信号进行组合；

一个路径搜索器，用于识别上述的多路径，并将上述解扩器分配给这些路径。

2.如权利要求1所述的RAKE接收机，进一步包括一开关，用于将上述解扩器的输出与所希望的上述检波前组合器的一个相连，并且将上述解扩器的输出与上述检波器的输入连接，其中上述路径搜索器控制上述开关的连接状态。

3.如权利要求2所述的RAKE接收机，其中响应上述多路径的识别结果，上述路径搜索器可动态改变上述开关的上述连接状态。

4.如权利要求1所述的RAKE接收机，其中上述检波前组合器中至少有一个组合了信号电平大于预置门限的一条路径与信号电平小于该预置门限的一条路径。

5.如权利要求1所述的RAKE接收机，其中上述检波前组合器组合多条平均信号电平小于一特定门限的路径，上述检波后组合器组合平均信号电平大于该门限值的路径。

6.如权利要求1所述的RAKE接收机，其中上述检波前组合器组合信号电平位于第一门限电平和第二门限电平之间的路径，其中第二门限小于第一门限，并且上述检波后组合器组合信号电平超过第一门限电平的路径，信号电平低于第二门限电平的路径被取消不予组合。

7.如权利要求1所述的RAKE接收机，其中上述路径搜索器决定上述路径的组合形式，以使被RAKE组合的每一输入的平均电平和基本相等。

8.如权利要求1所述的RAKE接收机，其中上述检波后组合器组合N条路径，这N条路径是从平均信号电平最大的开始以平均信号电平值的降序选出的，其中N是预先决定的自然数，并且上述检波前组合器组合平均信号电平小于这N条路径的平均信号电平的其余路径。