CN1203701C - 用于检测激活码道数及其扩频码的检测器 - Google Patents

Abstract

一种用于检测激活码道数及其扩频码的检测器，它可用于TD-SCDMA联合检测接收机中，以检测激活码道数及其扩频码。它解决了在TD-SCDMA终端用户接收机中联合检测接收机所需的其他用户扩频码的问题，使原来在用户终端进行联合检测由不可能变为可能。本发明的特征在于它包括：解扰器(31)、匹配滤波器(32)、I/Q信号调整器(33)、加法器(34)、判决器(35)、延时控制器(36)、强径选择器(37)、信道估计器(38)、共扼转换器(39)等。

Description

用于检测激活码道数及其扩频码的检测器

技术领域

本发明涉及第三代移动通信(3G)技术领域，更具体地，本发明涉及到用于TD-SCDMA联合检测接收机的激活码道数及其扩频码检测器。

背景技术

目前，移动通信正从第二代向第三代过渡，国际电联(ITU)通过了多个有关3G的移动通信标准。其中，TD-SCDMA(时分同步码分多址)系统是由中国无线通信标准化组织(CWTS)提出并得到国际电联通过的第三代无线通信标准。TD-SCDMA是TDMA(时分多址)和CDMA(码分多址)两种基本传输模式的灵活结合。在3GPP(第三代合作伙伴计划)内部，TD-SCDMA也被称为低码片速率TDD(时分双工)工作方式，即TDD-LCR。低码片速率TDD(TDD-LCR)是相对于3.84MHz的高码片速率TDD(TDD-HCR)而言的，即低码片速率TDD的码片速率要比高码片速率TDD的码片速率要低。

为了利用现有的移动通信网络来实现TD-SCDMA系统，即实现由第二代移动通信到第三代移动通信的平滑过度，针对现有的各种移动通信网络，可以有各种不同的技术方案来实现TD-SCDMA。

针对现有的GSM移动通信网，已经提出了一种相应的标准，即TSM标准。TSM标准是基于GSM核心网来实现TD-SCDMA的一种技术方案。其主要目的是为了实现由第二代的GSM网络到TD-SCDMA的平滑过度，也是为于2002年末开始的TD-SCDMA系统现场实验提供一个标准。作为中国标准，TSM系统规范已由CWTS正式发布。

在TD-SCDMA技术中，为了满足通信质量及其它性能的要求，在移动终端用户处，必须采用联合检测接收机作为移动终端。采用Rake接收机将不能满足性能要求。

上述的联合检测接收机采用联合检测算法可以在同一时间检测出每个终端用户的数据。目前使用的联合检测接收机算法有迫零算法(ZF-BLE)和最小均方误差算法(MMSE)。但是，无论哪一种算法，其基本的前提都是假设所需检测的用户扩频码信息(码道信息)及传输信道信息是已知的，否则这些算法是无法工作的。

具体地，在TD-SCDMA的下行接收机中(终端用户接收机)，必须知道每个用户的扩频码及扰码。如果没有关于用户扩频码的信息，联合检测接收是无法工作的。在TD-SCDMA系统中，只有基站接收机是知道每个用户的扩频码信息的，而在终端用户(手机)端是没有其他用户信息的。这样，终端联合检测接收机将无法正常工作或其性能极差。

发明内容

因此，本发明的目的是要提供一种用于检测激活码道数及其扩频码的检测器，它可用于TD-SCDMA联合检测接收机中，以检测激活码道数及其扩频码。它解决了在TD-SCDMA终端用户接收机中联合检测接收机所需的其他用户扩频码的问题。如果没有其他用户的扩频码信息，则终端联合检测接收机的使用将不可能实现。

发明在现有的联合检测接收机(的理论模型)中加上了“激活码道数及其扩频码检测器”，使原来在用户终端进行联合检测由不可能变为可能。

本发明所提出的方法及其相应的实现装置能够解决这一问题。将本发明装置置于联合检测接收机中与其结合使用，就能为联合检测接收机提供使联合检测接收机能够满足标准要求性能所需的码道信息。

按照本发明的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器，其特征在于它包括：解扰器、匹配滤波器、加法器、判决器、延时控制器、强径选择器、信道估计器；解扰器，根据从延时控制器输出的延时控制信号，对从数据分离器输出的用户数据进行解扰；匹配滤波器，接收来自解扰器的已解扰数据，将这些数据与特定的扩频码序列进行逐个匹配滤波，并且将与各个扩频码序列对应的滤波值输出到加法器；加法器，接收来自匹配滤波器输出的滤波值，对它们进行累加，产生所有可能的扩频码所对应的幅度判决变量或能量判决变量，并将它们送到判决器；判决器，接收来自加法器的多个判决变量，依据判决门限，确定激活码道的数量，并将该激活码道的数量信息以及各个码道相应的扩频码信息送到联合检测器；信道估计器，根据从数据分离器接收到的中间序列数据，来估计用户的无线传输路径信息，并且将这些无线传输路径信息输出到强径选择器；强径选择器，对从信道估计器输出的各个用户的信道参数估计值进行模运算或模平方运算，以此为依据，判断用户数据的那个延时径具有最高的能量，并输出结果到延时控制器。延时控制器，根据强径选择器的输出，对接收信号进行解扰前的延时控制。

按照上述的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器，进一步的特征在于：它还包括插入在匹配滤波器与加法器之间的I/Q信号调整器，以及插入在强径选择器与I/Q信号调整器之间的共扼转换器；I/Q信号调整器对复信号的I/Q(同向及正交路)信号进行重新设置，其输出送到加法器；共扼转换器，用于进行简单的复数共扼运算，其输入是强径选择器所选择的强径的信道参数，其输出送到I/Q信号调整器。

按照上述的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器，进一步的特征在于：所述匹配滤波器可由快速哈嗒码变换器替代；所述强径选择器可选出第一强径，或第二强径，也可以同时使用多个强径。

附图说明

图1是一个示意图，它显示了在TD-SCDMA基站发送信号时的物理信道扩频调制方式。

图2是一个方框图，它显示了按照TD-SCDMA标准的终端用户设备(即移动终端)的方框图。

图3是上述终端用户设备中联合检测接收机的结构示意图，其中，详细图示了按照本发明的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器的具体结构。

图4是一个示意图，它图示了在按照本发明的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器中的延时控制器对解扰器的控制作用。

图5是一个示意图，用于说明在按照本发明的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器中的信道估计器的工作原理。

下面，将结合附图对本发明的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器进行详细说明。

具体实施方式

首先，将参考图1，对TD-SCDMA系统中有关用户数据的发送方式及相应的数据结构进行说明。

在TD-SCDMA系统中，每个用户又可以使用不同的码道，这些码道可以是单独使用，也可以是一个用户使用多个码道。最终，用户的发送数据是以突发(Burst)的结构送到射频调制端的。各个用户的突发以图1所示的结构而组合起来在一个时隙中发送。

图1的上部分显示了多个码道的情况，其中，码道1～K分别由用户1～K使用。每个码道的用户数据之间都插有中间序列(主要用于同步及信道估计)。每个码道的区别在于其所使用的扩频码序列是不相同的，而且这些扩频码之间是相互正交的。

在发射端，将上述多个码道1～K进行扩频和加扰，然后将它们进行相加，以形成一个突发(Burst)式结构的码流。

每个时隙中所能使用的码道数与在此时隙中扩频码的扩频增益有关。其最大能使用的扩频码数是16，此时用户的扩频增益也是16。因此，图1中所示的参数K最大为16。

图1下部分示出了当前TD-SCDMA系统所使用的一种突发结构，它是扩频及加扰后的用户突发结构。该突发结构由下述四部分组成：1、数据符号(1)，含352码片(chip)；2、中间序列(Midamble)，含144码片；3、数据符号(2)，含352码片；4、保护间隔(GP)，含16码片。

虽然上面描述了当前TD-SCDMA系统所使用的一种突发结构，但本发明不仅可以针对上述的突发结构，而且也可以针对其它各种突发结构。换句话说，本发明并不局限于用于这种突发结构，即这种结构中数据和格式的变化并不影响本发明的应用。

下面将结合图2来介绍按照TD-SCDMA标准的终端用户设备(即移动终端)的总体结构。

图2显示了按照TD-SCDMA标准的终端用户设备(即移动终端)的方框图。

从图2可看出，按照TD-SCDMA标准的终端用户设备采用了联合检测接收机。也就是说，采用联合检测算法对以上述突发结构传送的用户数据进行联合检测。如图2所示，所述终端用户设备主要包括：射频前端1、接收滤波器2、联合检测接收机3和信道解码器4。

其中，射频前端1负责对天线接收的信号进行放大，通过超外差接收机或零中频接收机将信号变为基带模拟信号，然后进行采样及量化，把接收信号变为数字序列，再输出到接收滤波器2。

接收滤波器2对射频前端的输出信号进行滤波，其滤波特性为TD-SCDMA标准所规定的。接收滤波器2的输出信号输出到联合检测接收机，以对用户数据进行解调。

联合检测接收机3能解调出接收信号中的用户数据。它的输出结果直接送到信道解码器4中。对于联合检测接收机，在同一个频点同一个时隙的各个用户的扩频码序列及码道数量是必须知道的。而在现有技术中，在采用TD-SCDMA标准的系统中，对于用户终端接收机而言，此信息是不透明的。因此，只有用户终端利用特定算法进行检测，将上述扩频码序列及码道数量检测出来，才能完成上述的解调任务。这也正好是本发明的目的和特征所在。有关联合检测接收机3怎样检测扩频码序列及码道数量的具体细节，将在后面结合图3具体说明。

信道解码器4对从联合检测接收机3输出的、已解调的接收信号中的用户数据进行信源解码。信道解码器4可以是维特比解码器或Turbo码解码器。

图3总体上显示了图2所示的终端用户设备中联合检测接收机3的结构。而且，其中详细图示了按照本发明的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器的具体结构。需要说明的是，在图3显示的是按照本发明的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器的一个最佳实施例。

从图3可看出，联合检测接收机3主要包括：数据分离器30、联合检测器310、以及按照本发明的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器(为了描述清楚，下面简称为激活码道数及其扩频码检测器)。数据分离器30将如图1所示的突发数据分为两部分，并将用户数据送到联合检测接收机310及激活码道数及其扩频码检测器中的解扰器31，而将中间序列数据送到激活码道数及其扩频码检测器中的信道估计器38。激活码道数及其扩频码检测器的输出送到联合检测器310。

联合检测器310，此装置就是上述的联合检测接收算法的实现装置，它负责对接收的、如图1所示的数据符号(1)和(2)中的各个用户数据进行同时检测。如上所述，该装置联合检测器310的工作需要本发明的激活码道数及其扩频码检测器的输出。此输出为用户扩频码道数量及序列信息。

如图3虚线框(表示本发明的核心内容)所示，按照该最佳实施例的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器包括：解扰器31、匹配滤波器32、I/Q信号调整器33、加法器34、判决器35、延时控制器36、强径选择器37、信道估计器38、共扼转换器39等装置。

下面将详细描述各个装置的功能、连接方式及实现方法。在图3中，双实线“＝”表示复信号，而单实线“-”表示实信号。

解扰器31，负责对接收的数据进行解扰。所谓解扰是由于在发送端对数据符号进行扩频后，要对扩频数据进行加扰。所以要在接收端用已知的二进制扰码解扰，恢复出用正交扩频码扩频后的数据。其输入有两个，一是从数据分离器30输出的用户数据，二是从延时控制器36输出的延时控制信号。

对于从上述解扰器31输出的、如图1所示的数据符号(1)及数据符号(2)可以单独使用，也可以联合使用。本发明采用联合方式，对上述数据符号(1)和数据符号(2)中的各个用户数据进行同时检测。

匹配滤波器32，匹配滤波器负责对解扰后的数据与特定的扩频码序列进行逐个匹配滤波。它的输出是与各个扩频码序列对应的滤波值，此结果为复数。此值的模或模平方能反映出特定的扩频码道信号在接收信号中的强度。此匹配滤波的长度为每个用户数据符号的扩频因子长度。其输出结果送到I/Q信号调整器33。

所述匹配滤波器32可由匹配滤波器完成，也可由快速算法-快速哈嗒码变换器(Fast Hadamard Transform)完成。

I/Q信号调整器33，其输入有两个，一是对特定扩频码序列进行匹配滤波的匹配滤波器32的输出，二是共扼转换器39的输出。在此调整器中，复信号的I/Q(同向及正交路)信号将被重新设置。其目的是提高扩频码序列的检测性能(准确度)。该I/Q信号调整器33的输出送到加法器34。

应该说明的是：该I/Q信号调整器33为可选部件，若无此部件，则匹配滤波器32的输出直接送到下述的加法器34，而且也无需后面所述的共扼转换器39。在这种基本实施例的情况下，也能完成本发明的任务，只是该检测器的性能不会达到最佳。

加法器34，完成经过I/Q信号调整的数据在符号级的累加。这是由于虽然我们已经完成了对整个用户数据的解扰，但匹配滤波及I/Q信号的调整是在符号级中进行的。对全部用户数据的累加运算可以大大提高本发明装置的性能。加法器将输出所有可能的扩频码所对应的幅度判决变量或能量判决变量。这些判决变量将送到判决器35。

判决器35，接收来自加法器34的多个判决变量。它的主要功能是以用户本身的判决变量为标准，以某个低于其值的值为判决门限，若某个码道的判决变量在此门限之上，则判决此码道存在，若低于此门限，则判决此码道不存在。高于现值的所有扩频码道为激活扩频码，其数目总和即为激活码道数。该判决器35完成对所有这些判决变量的分析并且将最终判决输出。该判决器35的输出作为本发明的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器的输出，最终送到联合检测器310。在上述输出信号中包括符合判决标准的码道的数量信息以及各个码道相应的扩频码(系列)信息。

通过上述判决器35的判决工作及其它各个装置的协同工作，即可完成本发明的任务。即从接收到的突发数据中，检测出联合检测接收机所需的扩频码序列及码道数量。

为了提高解扰器31的解扰性能，以对每个码道进行准确的判断，本发明还设置了：信道估计器38、强径选择器37、延时控制器36以及共扼转换器39。

首先，信道估计器38，根据从数据分离器30接收到的中间序列数据，利用快速傅立叶变换(FFT)来估计用户的无线传输路径信息。并且将这些无线传输路径信息输出到强径选择器37。

强径选择器37，它负责对从信道估计器38输出的各个用户的信道参数估计值进行模运算或模平方运算。以此为依据，判断用户数据的那个延时径具有最高的能量，并输出结果到延时控制器36。此强径所对应的信道参数将同时送到共扼转换器39。

延时控制器36，其功能是根据强径选择器37的输出，对接收信号进行解扰前的延时控制。其原理可参考图4及上面对解扰器31的解释。从图4中可看出，解扰器31从那个码片开始对数据符号进行解扰，即延时的码片数，是由延时控制器36控制的。如图1及上面的说明那样，每个数据符号(1)或数据符号(2)包含352个码片，图4中由延时控制器36控制的延时码片数为3。

图5显示了信道估计窗及其能量最大径的示意图。上述强径选择器37可从图5所示多个强径中选出第一强径，或第二强径等等，也可以同时使用1个，两个，最多至16个强径，相应地，在图3中用线条m表示。因为所述延时控制器36的延时是由强径选择器37控制，所以所述延时控制器36可输出的延时控制可取值1-16。如图3中线条n所示。共扼转换器39，用于进行简单的复数共扼运算，其输入是强径选择器37所选择的强径的信道参数。其输出送到I/Q信号调整器33。该共扼转换器39与I/Q信号调整器33的结合使用可大大提高检测扩频码的准确率。

另一方面，如上所述，在上述基本实施例情况下，该共扼转换器39以及上述的I/Q信号调整器33可以被省略。

以上结合具体实施例对本发明的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器进行了详细说明。但是，本发明本身并不局限于此，对于本领域的技术人员来说，在不脱离由本申请的权利要求书所确定的本发明的精神和范围的情况下，本发明可以有各种改进或者改型。

另外，上面对本发明的描述是以其在TD-SCDMA终端用户联合检测接收机中的应用为例，但按照本发明的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器也可用于其他第三代移动通信标准的终端用户接收机中，只要这些标准的接收机使用联合检测算法。

Claims (4)

1.一种用于检测激活码道数及其扩频码的检测器，其特征在于它包括：解扰器(31)、匹配滤波器(32)、加法器(34)、判决器(35)、延时控制器(36)、强径选择器(37)、信道估计器(38)；解扰器(31)，根据从延时控制器(36)输出的延时控制信号，对从数据分离器(30)输出的用户数据进行解扰；

匹配滤波器(32)，接收来自解扰器(31)的已解扰数据，将这些数据与特定的扩频码序列进行逐个匹配滤波，并且将与各个扩频码序列对应的滤波值输出到加法器(34)；

加法器(34)，接收来自匹配滤波器(32)输出的滤波值，对它们进行累加，产生所有可能的扩频码所对应的幅度判决变量或能量判决变量，并将它们送到判决器(35)；

判决器(35)，接收来自加法器(34)的多个判决变量，依据判决门限，确定激活码道的数量，并将该激活码道的数量信息以及各个码道相应的扩频码信息送到联合检测器(310)；

信道估计器(38)，根据从数据分离器(30)接收到的中间序列数据，来估计用户的无线传输路径信息，并且将这些无线传输路径信息输出到强径选择器(37)；

强径选择器(37)，对从信道估计器(38)输出的各个用户的信道参数估计值进行模运算或模平方运算，以此为依据，判断用户数据的那个延时径具有最高的能量，并输出结果到延时控制器(36)；

延时控制器(36)，根据强径选择器(37)的输出，对接收信号进行解扰前的延时控制。

2.按照权利要求1的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器，进一步的特征在于：它还包括插入在匹配滤波器(32)与加法器(34)之间的I/Q信号调整器(33)，以及插入在强径选择器(37)与I/Q信号调整器(33)之间的共扼转换器(39)；I/Q信号调整器(33)对复信号的I/Q信号进行重新设置，其输出送到加法器(34)；共扼转换器(39)，用于进行简单的复数共扼运算，其输入是强径选择器(37)所选择的强径的信道参数，其输出送到I/Q信号调整器(33)。

3.按照权利要求1、2的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器，进一步的特征在于：所述匹配滤波器(32)可由快速哈嗒码变换器替代。

4.按照权利要求1、2的用于检测激活码道数及其扩频码的检测器，进一步的特征在于：所述强径选择器(37)可选出第一强径，或第二强径，也可以同时使用多个强径。

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