CN1201516C - 瑞克接收装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种瑞克接收装置及方法，用于一无线扩频通信系统。瑞克接收装置包括多工单元、搜索单元、第一交换单元、第二交换单元、瑞克指及跟踪单元、瑞克控制单元、组合单元、解码单元与信道估算单元。基站的多个天线单元是共用一搜索单元，以减低系统的复杂度。各通信链路所分配的瑞克指个数是为动态分配，以提高使用效率。

Description

瑞克接收装置及方法

                         技术领域

本发明是涉及一种瑞克接收装置及方法，并且特别涉及一种用于无线扩频通信系统的基站的瑞克接收装置及方法。

                         背景技术

在无线扩频通信系统(wireless spread spectrum communication system)中，例如是分码多多址(Code Division Multiplexing Access，CDMA)系统，移动站(Mobile Station，MS)在与基站(Base Station，BS)建立通信链路(radio，link)时必须向基站请求一个唯一识别码(Pseudo-Noise Code，PN Code)，不同的移动站使用不同的识别码来传送信息比特(information bit)，而接收端的基站也是根据移动站所使用的识别码来解调所接收的无线信号，以使多个移动站可以利用同一信道来传送信号。然而传输过程中会有多径干扰(multipath)的情形发生，多径干扰是指信号从发射端发射后，信号经过一条以上的路径到达接收端，例如是经过都市中建筑物的反射或大气层的反射等，使接收端所接收到的信号并非仅经由一条直接路径到达，还包括经由其它路径到达的信号，这些多路径成份(multipath component)信号之间会有传输的时间差。参照图1，其中表示出基站接收的含多径分量信号的时延功率谱。该图中有多径分量信号P1、P2与P3，该三个多径分量信号均代表同一个信息比特，只是因为多径干扰的缘故使得到达的时间不同。图中的多径分量信号P1、P2与P3传输延迟时间分别为t1、t2与t3。

无线扩频通信系统中，瑞克接收装置(rake receiver)适用于多路径传输环境的解调装置(demodulator)，用于将各个天线所接收的无线信号解调出各个移动站所发送的信息比特合并输出。一般，瑞克接收装置包括多个瑞克指(rake finger)及组合单元(combiner)。各个瑞克指是用于接收一个多径分量信号，将之调整其时间差并解调后输出。组合单元例如是利用最大比率组合技术(maximum ratio combining technique)将瑞克指的输出信号中属于同一个通信链路的信号加以组合，以获得最大的信噪比(signal to noise ratio，S/Nratio)，以使得比特差错率(bit error rate)降低。为了要使瑞克接收装置有最佳的效能，需要使用两种预测技术：第一种是取得每个多径分量信号的传输延迟时间信息，以使得各个瑞克指可以正确地将接收的信号进行去扩频。第二种技术是取得各个多径分量信号的振幅与相位等信道特性的信息，以使得组合单元可以据以将同一个通信链路的各个多径分量信号作最佳化的组合。

                        发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种瑞克接收装置及方法，以在具多径干扰的传输环境中解调出所传送的信息比特。

根据本发明的一个目的，提出一种瑞克接收装置，该装置的简述如下：瑞克接收装置是用于无线扩频通信系统，该无线扩频通信系统包括基站与多个移动站。这些移动站分别与基站建立无线通信链路(radio link)以发送包括多个信息比特的扩频信号。这些扩频信号是在具多径干扰的环境中传输，使得多个多径分量信号产生在各个扩频信号中。基站包括多个天线单元，各个天线单元接收无线信号并输出数字信号。瑞克接收装置包括多工单元、搜索单元、第一交换单元、第二交换单元、瑞克指及跟踪单元、瑞克控制单元、组合单元、解码单元与信道估算单元。多工单元与各个天线单元连接，用于接收各数字信号，并根据多工控制信号从这些数字信号中择一个输出数字输入信号。搜索单元与多工单元连接，用于接收数字输入信号，且根据搜索控制信号寻找数字输入信号中对应于该通信链路所包含的多径分量信号的延迟时间并据此以输出传输延迟时间信号。第一交换单元包括多个输入端与多个输出端，这些输入端分别与这些天线单元连接，用于接收这些数字信号并根据第一交换控制信号输出多个第一交换信号。瑞克指及跟踪单元，包括多个瑞克指(rake finger)，这些瑞克指分别与第一交换单元的输出端连接，用于分别接收至多一个第一交换信号并根据瑞克控制信号将对应的第一交换信号去扩频并调整其传输时间延迟后输出一个去扩频信号。第二交换单元与这些瑞克指连接，接收这些去扩频信号并根据第二交换控制信号交换去扩频后的信号。组合单元与第二交换单元连接，用于根据信道信号将这些去扩频后的交换信号组合后输出组合信号。解码单元与组合单元连接，接收组合信号并据此以提取出信息比特以输出解码信号。信道估算单元(Channel Estimator)，与这些瑞克指与组合单元连接，用于估算这些去扩频信号的信道特性并据以输出信道信号。瑞克指控制单元为瑞克接收装置的控制中心，与多工单元、搜索单元、第一交换单元、瑞克指及跟踪单元、第二交换单元、组合单元、解码单元与信道估算单元连接，用于输出多工控制信号、搜索控制信号、第一交换控制信号与第二交换控制信号。

根据本发明的另一个目的，提出一种共用搜索单元的控制方法。本控制方法包括以下步骤：选择性地从该搜索队列中提取出该搜索请求；进入一个初步搜索状态，此时，将这些天线单元之一与该搜索单元连接，由该搜索单元根据该搜索请求及适合初步搜索的运算法进行初步搜索多径分量信号；检查搜索单元是否忙，如果不忙，则进入一个重新搜索状态，此时，将这些天线单元之一与该搜索单元连接，并由该搜索单元根据该搜索请求及适合重新搜索的运算法进行重新搜索多径分量信号；监视该瑞克接收装置输出的信号质量；以及根据上述监视结果确定是否进行重新搜索，如果是，进入一个等待状态，此时，将该搜索请求置入该搜索队列，等到此搜索请求被处理时即进入该重新搜索状态，否则结束该过程。

为了使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下面结合附图对本发明的实施例进行详细地描述。

                         附图说明

图1表示基站接收的包含多径分量信号的时延功率谱；

图2是表示按照本发明一个优选实施例的一种瑞克接收装置方框图；

图3是表示搜索单元的方框图；

图4是表示瑞克指及跟踪单元的方框图。

图5是表示瑞克指及跟踪单元的运作示意图。

图6是表示通信链路的状态转移图。

附图中标号的说明

101：天线单元

110：瑞克接收装置

120：多工单元

130：搜索单元

132：滤波器

134、154：识别码产生器

136：序列并列匹配滤波器

138：峰部搜索器

140、160：交换单元

150：瑞克指及跟踪单元

158：去扩频器

170：组合单元

180：解码单元

190：信道估算单元

200：瑞克控制单元

                        具体地实施方式

参照图2，其中表示根据本发明一个优选实施例的一种瑞克接收装置方框图。瑞克接收装置110用于无线扩频通信系统，无线扩频通信系统包括基站与多个移动站。这些移动站是分别与基站建立无线通信链路(radio link)以发送出包括多个信息比特的扩频信号，这些扩频信号在具多径干扰的环境中传输，使得多个多径分量信号产生在各个扩频信号中。基站包括多个天线单元101，各个天线单元101接收无线信号并输出数字信号D。瑞克接收装置110包括多工单元120、搜索单元130、交换单元140、瑞克指及跟踪单元150、交换单元160、组合单元170、解码器180、信道估算单元(ChannelEstimator)190与瑞克指控制单元200。多工单元120是与这些天线单元101连接，用于接收这些数字信号D，并根据多工控制信号Cm从这些数字信号D中选择一个输出数字输入信号DI。搜索单元130与多工单元120连接，用于接收数字输入信号DI，并寻找数字输入信号DI所包含的对应于搜索控制信号Cs的通信链路所包括的这些多径分量信号的延迟时间并据以输出传输延迟时间信号TD。以图1来说，传输延迟时间信号TD即为对应于时间t1、t2与t3的信息。由于搜索单元130所需的计算能力极为复杂，因此本发明使多个天线单元101共用搜索单元130以将搜索单元130的数目降到最少，并可减少系统的复杂度，该共用搜索单元130的控制方法将在下文详述。

交换单元140与这些天线单元连接，用于接收这些数字信号D并根据交换控制信号Cw1输出多个交换信号S1。瑞克指及跟踪单元150包括多个瑞克指(rake finger)152，这些瑞克指152是分别连接到交换单元140的输出端，用于分别接收至多一个交换信号S1，并根据瑞克控制信号Cr将对应的交换信号S1去扩频并调整传输时间延迟后输出去扩频信号R。交换单元160与这些瑞克指152连接，接收这些去扩频信号R并根据交换控制信号Cw2输出多交换信号S2。组合单元170与交换单元160连接，用于根据信道信号E将这些交换信号S2组合后输出组合信号SC。解码单元180与组合单元170连接，接收组合信号SC并据以提取出移动站所发送的信息比特，以输出解码信号DC。信道估算单元190与瑞克指及跟踪单元150与组合单元170连接，用于估算去扩频信号R的信道特性并据以输出信道信号E。

瑞克指控制单元200是为瑞克接收装置110的控制中心，与多工单元120、搜索单元130、交换单元140、瑞克指及跟踪单元150、交换单元160、组合单元170、解码单元180与信道估算单元190连接，用于输出多工控制信号Cm以使不同的数字信号D馈入搜索单元130；输出搜索控制信号Cs以指定搜索单元130搜索这些通信链路之一的多径分量信号；输出交换控制信号Cw1以使各个通信链路的多径分量信号分别对应于这些瑞克指152之一；输出交换控制信号Cw2以使属于同一个移动站的去扩频信号R馈入组合单元170。

参照图3，其中表示搜索单元130的方框图。搜索单元130包括滤波器132、识别码产生器134、序列并列匹配滤波器136及峰部搜索器138。滤波器132用于接收数字输入信号DI，并据以输出滤波信号DF。识别码产生器134用于接收搜索控制信号Cs并据以产生识别码PN。序列并列匹配滤波器136与滤波器132以及识别码产生器134连接，用于根据滤波信号DF与识别码PN输出匹配信号SP。峰部搜索器138与序列并列匹配滤波器136连接，接收匹配信号SP，并搜索匹配信号SP的峰部后据以输出传输延迟时间信号TD。

参照图4，其中表示瑞克指152的方框图。瑞克指152包括识别码产生器154、延迟锁相回路器156、及去扩频器158。识别码产生器154用于接收瑞克控制信号Cr与锁相控制信号Cd并据以产生识别码PN1。延迟锁相环路器(Delay Locked Loop，DLL)156用于接收交换信号S1与识别码PN1并据以输出锁相控制信号Cd以控制识别码PN1的相位。去扩频器158用于接收交换信号S1并根据识别码PN1将交换信号S1去扩频并输出去扩频信号R。

以上所述是为本发明的瑞克接收装置的结构说明，更进一步的操作流程说明如下文所述。参照图5，其中表示瑞克指及跟踪单元150的操作示意图。在该图中具有两个天线单元的基站，并且具有工作中的三个通信链路为例作进一步的说明。交换单元140接收来自不同天线的数字信号D(1)与D(2)，其中，每个数字信号D同时包括各个通信链路所传送的扩频信号。交换单元140根据交换控制信号Cw1将数字信号D(1)与D(2)馈入多个瑞克指152。例如数字信号D(1)中的通信链路(1)、通信链路(2)与通信链路(3)所传送的扩频信号各包括有2、1与1个待处理的多径分量信号，因此交换单元140将数字信号D(1)馈入4个瑞克指，以使各瑞克指152各处理一个待处理的多路径信号；数字信号D(2)中的通信链路(1)、通信链路(2)与通信链路(3)所传送的扩频信号各包括有1、1与2个待处理的多径分量信号，因此交换单元140将数字信号D(2)馈入4个瑞克指。当各瑞克指152根据瑞克控制信号Cr将接收的多径分量信号解调后各输出去扩频信号R并馈入交换单元160，交换单元160即将各个属于同一个通信链路的去扩频信号R馈入同一个组合单元170，以使组合单元170将接收的去扩频信号R组合后输出。传统上是将一个通信链路所需处理的多径分量信号的数目设定为一个预定值，因此每个通信链路所分配到的瑞克指152数目是固定的。然而，并非每个通信链路所需处理的多径分量信号有如预定数目的多个，因此瑞克指152就没有被有效利用。本发明是以瑞克控制单元200根据搜索单元130搜索的结果个别决定每个通信链路所需处理的多径分量信号的数目，并据以分配瑞克指152，因此本发明是为动态的分配瑞克指152，可以增进瑞克指152的使用效率。

参照图6，其中表示通信链路的状态转移图。搜索单元130包括一个搜索队列Q，搜索队列Q可以包括多个子队列，各个子队列对应于不同的优先权，在此以一个高优先权子队列Qh与一低优先权子队列Q1为例。当一个通信链路建立时，瑞克控制单元200即据以产生一个搜索请求(request)并根据该搜索请求的优先权将之置入搜索队列Q中的高优先权子队列Qh或低优先权子队列Q1，如步骤602所示。瑞克控制单元200会依序处理在搜索队列Q中的搜索请求。当一个通信链路的搜索请求第一次被处理时即进入初步搜索状态，天线单元101之一与搜索单元130连接，并由搜索单元130初步搜索多径分量信号，如步骤604所示。在初步搜索时可采用虽然较不精确、可是较有效率的运算法。然后，检查搜索单元130是否忙，如步骤606所示，如果否，则执行步骤607，如果是，则执行步骤610。在步骤607中，进入重新搜索状态，天线单元101之一与搜索单元130连接，并由搜索单元130重新搜索多径分量信号。在重新搜索时可采用虽然比较没有效率、可是结果比较精确的运算法。搜索单元130接收数字信号D并根据搜索请求以重新搜索数字信号D所包括的对应于搜索请求的通信链路的多径分量信号并据以输出传输延迟时间信号TD然后执行步骤610。在步骤610中，监视瑞克接收装置110输出的信号质量。检查是否结束通信链路，如步骤612所示，如果是，则结束本方法，如果否，则执行步骤614。在步骤614中，根据步骤610中所监视的结果决定是否要重新进行搜索，如果否，则回到步骤610继续监视瑞克接收装置110输出的信号质量，如果是，则将搜索请求根据其优先权置入搜索队列Q中，并进入等待状态，如步骤616所示。等到该搜索请求被处理时即进入重新搜索状态(步骤607)。

本发明上述实施例所披露的瑞克接收装置及方法具有以下优点：

一、多个天线单元共用一个搜索单元，因此可以减低系统的复杂度。

二、提出共用一个搜索单元的方法，使用具有不同优先权的搜索队列，在不同请求下采用不同的运算法来优化系统的效能。

三、每个通信链路分配到的瑞克指数目是动态分配的，因此瑞克指的使用效率可以提高。

综上所述，虽然本发明已以一个优选实施例进行了披露，但其并非用于限制本发明的，任何本专业的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下尚可以作出各种改变或修改。因此，本发明的保护范围以后附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种瑞克接收装置，用于无线扩频通信系统，该无线扩频通信系统包括基站与多个移动站，这些移动站分别与该基站建立一个无线通信链路以发送包括多个信息比特的扩频信号，这些扩频信号是在具多径干扰环境中传输的，使得多个多径分量信号产生于这些扩频信号中，该基站包括多个天线单元，这些天线单元接收一个无线信号并输出一个数字信号，该装置包括：

一个多工单元，与这些天线单元连接，用于接收这些数字信号，并根据一个多工控制信号从这些数字信号中选择一个输出的数字输入信号；

一个搜索单元，与该多工单元连接，用于接收该数字输入信号，且根据一个搜索控制信号寻找该数字输入信号中对应于该通信链路所包含的这些多径分量信号的延迟时间并据以输出一个传输延迟时间信号；

一个第一交换单元，包括多个输入端与多个输出端，这些输入端分别与这些天线单元连接，用于接收这些数字信号并根据第一交换控制信号输出多个第一交换信号；

一个瑞克指和跟踪单元，包括多个瑞克指，这些瑞克指是分别连接到该第一交换单元的输出端，用于分别接收至多一个这些第一交换信号之一并根据一个瑞克控制信号将对应的该第一交换信号去扩频并调整其传输时间延迟后输出一个去扩频信号；

一个第二交换单元，与这些瑞克指连接，接收这些去扩频信号并根据第二交换控制信号交换多个去扩频交换信号；

一个组合单元，与该第二交换单元连接，用于根据一个信道信号将这些交换后的去扩频信号组合后输出一个组合信号；

一个解码单元，与该组合单元连接，接收该组合信号并据以提取出这些信息比特以输出一个解码信号；

一个信道估算单元，与这些瑞克指和该组合单元连接，用于估算这些去扩频信号的信道特性并据以输出该信道信号；以及

一个瑞克指控制单元，是该瑞克接收装置的控制中心，与该多工单元、该搜索单元、该第一交换单元、该瑞克指及跟踪单元、该第二交换单元、该组合单元、该解码单元与该信道估算单元连接，用于输出该多工控制信号、该搜索控制信号、该第一交换控制信号及该第二交换控制信号。

2.如权利要求1所述的瑞克接收装置，其中该搜索单元包括：

一个滤波器，用于接收该数字输入信号，并据以输出一个滤波信号；

一个识别码产生器，用于接收该搜索控制信号并据以产生一个识别码；

一个序列并列匹配滤波器，与该滤波器与该识别码产生器连接，用于接收该滤波信号与该识别码并据以输出一个匹配信号；以及

一个峰值搜索器，与该序列并列匹配器连接，接收该匹配信号，并搜索该匹配信号的峰值后据以输出该传输延迟时间信号。

3.如权利要求1所述的瑞克接收装置，其中，该瑞克指包括：

一个识别码产生器，用于接收该瑞克控制信号并根据该瑞克控制信号与一个锁相控制信号产生一个识别码；

一个延迟锁相环路器，用于接收该第一交换信号与该识别码并据以输出该锁相控制信号以控制该识别码的相位；以及

一个去扩频器，用于接收该第一交换信号并根据该识别码将该第一数字交换信号去扩频并输出该去扩频信号。

4.如权利要求1所述的瑞克接收装置，其中，该组合单元是使用最大比例组合技术以根据该信道信号组合这些第二交换信号。

5.一种共用搜索单元的控制方法，用于基站，该基站包括多个天线单元与一个瑞克接收装置，这些天线单元分别接收一个无线信号并据以输出一数字信号，该瑞克接收装置是用于接收这些数字信号并据以解调成多个信息比特，该瑞克接收装置包括一个搜索单元及一个搜索队列，当一个通信链路建立时，该瑞克接收装置即据以产生一个搜索请求并将之置入该搜索队列，该控制方法包括：

选择性地从该搜索队列中提取出该搜索请求；

进入一个初步搜索状态，此时，将这些天线单元之一与该搜索单元连接，由该搜索单元根据该搜索请求及适合初步搜索的运算法进行初步搜索多径分量信号；

检查搜索单元是否忙，如果不忙，则进入一个重新搜索状态，此时，将这些天线单元之一与该搜索单元连接，并由该搜索单元根据该搜索请求及适合重新搜索的运算法进行重新搜索多径分量信号；

监视该瑞克接收装置输出的信号质量；以及

根据上述监视结果确定是否进行重新搜索，如果是，进入一个等待状态，此时，将该搜索请求置入该搜索队列，等到此搜索请求被处理时即进入该重新搜索状态，否则结束该过程。

6.如权利要求5所述的控制方法，其中该搜索队列还包括对应于不同优先权的多个子队列，且根据该搜索请求的优先权将该搜索请求置入这些子队列之一。

7.如权利要求6所述的控制方法，其中，在监视步骤中如果发现该瑞克接收装置输出的信号质量不佳，则重新产生一个搜索请求并根据其优先权置入这些子队列之一。

8.如权利要求5所述的控制方法，其中，在监视步骤中如果发现该瑞克接收装置输出的信号质量不佳，则重新产生一搜索请求并根据其优先权置入该搜索队列。

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