CN1254021C - 用于多径分辨信号的跟踪的方法和瑞克接收器 - Google Patents

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Abstract

多径信号的分辨的分量被指派给扩频的瑞克接收机的瑞克指。分辨的分量被可变延时。对所述可变延时的分辨的分量，执行早-迟检测，以便确定分辨的分量相对于最佳到达时间是提早还是滞后到达。如果所述早-迟检测确定所述分辨的分量提早到达，则产生第一脉冲。如果所述早-迟检测确定所述分辨的分量滞后到达，则产生第二脉冲。第一和第二脉冲被计数。第一脉冲导致按第一方向计数，以及第二脉冲导致按第二方向计数。从该计数值，导出一个分数码片延时定时调节信号，以及对其进行反馈以便调节分辨的分量的可变延时。从该计数值导出码片延时相位调节信号，以及对其进行反馈以便控制伪噪声发生器的相位。

Description

用于多径分辨信号的跟踪的方法和瑞克接收器
本发明涉及跟踪被指派给扩频瑞克(rake)接收机的瑞克指(rakefinger)的多径信号的分辨的分量的方法，更具体地，涉及被包括在扩频通信设备(诸如CDMA手机)中的这种瑞克接收机。
蜂窝通信系统是熟知的。这样的蜂窝通信系统包括共同地覆盖一个已知的地理区域的一些小区或无线区域。小区包括一些基站，它们通过控制与通信信道来建立和保持与被包括在系统中的移动通信设备的通信链路，以及通过所建立的通信链路与移动通信设备进行通信。
一种蜂窝通信系统是所谓的直接序列CDMA(码分多址)扩频系统。在这样的CDMA扩频系统中，除了发射机以外，移动通信设备典型地具有所谓带有多个瑞克指的瑞克接收机，用来分辨多径接收的扩频信号的分量和分集组合所分辨的分量，以便改进接收信号的信号噪声比。扩频信号是从通过使用扩频序列把数据信号扩展到一个频带上的发射机那里接收的。在这样的序列中的单元是所谓的码片。对于在不同的发射机处扩频不同的数据信号，沃尔什(Walsh)序列被使用于信道化，以及伪噪声扩频序列被使用于扰码。瑞克接收机通过用同一个伪噪声序列对接收的扩频信号进行去扰码和随后通过使用被用来扩频数据信号的同一个沃尔什序列对它进行去扩频，从而从接收的扩频信号中重新生成数据信号，以及分集组合来源于同一个数据信号的多径接收信号。瑞克接收机需要初始地同步到发射机，该发射机发送瑞克接收机需要接收的数据信号。在这样的初始同步期间，被包括在瑞克接收机中的搜索器分辨多径接收的信号的分量，这些分量起源于所需要的数据信号。此后，瑞克接收机采用跟踪模式同步来使瑞克指与起源于同一个所需要的数据信号的分辨的分量保持同步。在跟踪模式同步期间，瑞克指被保持对准它们的分辨的分量。
本发明的一个目的是提供一种瑞克接收机，其中在跟踪模式同步期间，瑞克指使用简单的对准装置来保持对准它们多径信号的分辨的分量。
本发明的另一个目的是提供一种具有需要有限数目的存储器的对准装置的瑞克接收机。
本发明的再一个目的是提供一种具有减小的功率消耗的瑞克接收机。
按照本发明，提供了一种跟踪被指派给扩频的瑞克接收机的瑞克指的多径信号的分辨的分量的方法，所述方法包括：
-可变地延时所述分辨的分量；
-对所述可变延时的分辨的分量执行早-迟检测，以便于确定所述分辨的分量相对于最佳到达时间是提早还是滞后到达，以及如果所述早迟检测确定所述分辨的分量提早到达，则产生第一脉冲，以及如果所述早迟检测确定所述分辨的分量滞后到达，则产生第二脉冲；
-计数所述第一和第二脉冲，所述第一脉冲导致按第一方向计数，以及所述第二脉冲导致按第二方向计数；
-从所述计数值导出一个分数码片延时定时调节信号，以及反馈所述导出的分数码片延时定时调节信号，以便调节所述分辨的分量的所述可变延时，以及
-从所述计数值导出码片延时相位调节信号，以及反馈所述导出的码片延时相位调节信号，以便控制伪噪声发生器的相位。
本发明是基于这样的见解：通过把多径对准分布在可变延时的定时对准和伪噪声发生器的相位对准的范围内，简单的可变延时装置可被使用来提供可变延时。
在一个实施例中，用移位寄存器来实施可变延时。由于本发明，移位寄存器可被做得非常短，典型地只具有八节。
有利地，至少一部分可变延时是作为可调节的数字滤波器的块延时(bulk delay)得到的。由此，移位寄存器的长度甚至进一步被减小到典型地每个码片两个或四个样本。样本的减小以及由此造成的接收机中时钟速率的减小、以及复杂度的减小可以达到减小功率消耗和减小码片区域的效果。数字滤波器的延时可以通过从查找表中选择滤波器系数来进行调节，查找表的项目包括代表预定的延时的滤波器系数。
在一个实施例中，计数器对通过早迟检测而产生的脉冲进行计数。第一计数器对脉冲进行计数以便得到分数码片延时定时调节信号，以及在码片边界把一个载送信号提供给第二计数器。第二计数器提供码片延时相位调节信号来控制伪噪声发生器的相位。
图1示意地显示CDMA扩频系统。
图2显示多径信号的分辨的分量以及早/迟信号。
图3显示带有按照本发明的这种瑞克接收机中的瑞克指的通信设备。
图4显示按照本发明的移动通信设备的瑞克指中的早/迟检测器。
图5显示按照本发明的瑞克指中的计数装置。
图6显示按照本发明的瑞克指中的可调节数字FIR滤波器。
图7显示带有FIR滤波器的滤波器抽头系数的查找表。
图8显示按照本发明的瑞克指中的可控移位寄存器。
图上相同的参考数字被使用于相同的特性。
图1示意地显示CDMA扩频系统1。系统1包括无线区域2-8，每个区域分别包括基站9-15。移动通信设备16被包括在无线区域7中。移动通信设备16可以是蜂窝电话或手机，或可以是任何其它适用的移动通信设备。在给定的例子中，系统1是直接序列扩频系统，以及移动通信设备16包括瑞克接收机(诸如图3上更详细地显示的那样)。无线基站组被耦合到一些交换中心(未示出)，以及这些交换中心互相耦合。
图2显示多径信号的分辨的分量20-22，以及早/迟信号E和L。在移动通信设备16接通电源，并且使该设备16对于系统初始同步后，搜索器(未示出)分辨来自系统1的分量20-22，以及把分辨的分量20-22指派给瑞克接收机的瑞克指。这样的初始同步在技术上是熟知的。此后，瑞克指采取跟踪模式同步，其中每个瑞克指被对准和保持对准它的分辨的分量。早迟信号E和L代表各个当前的情形，其中瑞克指相对于最大信号能量的最佳接收时间23来提早或滞后地接收多径分量。
图3显示带有按照本发明的这种瑞克接收机中的瑞克指的通信设备。瑞克接收机分集组合多径信号的分辨的分量，以便形成分集组合的信号，该信号被提供给符号检测器。通信设备16包括用于传输和接收的射频前端31以及多个瑞克指，其中的瑞克指30如图所示。射频前端31提供通常的接收、下变频、信号采样、和传输任务，以及提供复数输入信号32给瑞克指作为采样的基带信号。原理上，复数输入信号也可以是一个低的中频信号。传输分支用Tx表示。对于本发明，只是更详细地显示瑞克指30。处理装置处理复数输入信号32。这样的处理装置可以是硬连线逻辑或可以是DSP(数字信号处理器)固件，或软件程序。在所显示的实施例中，瑞克指30包括复数可变延时装置33，它使复数输入信号最大延迟为复数输入信号32的8个样本，一个码片包含有8个样本。复数可变延时33提供复数输入信号32的分数码片延时。一旦施加正确的分数延时，被延时的信号由下采样装置立即进行下采样为每个码片一个样本，该下采样装置按照除以8来对延时的信号进行分样。下采样的信号35接着被乘以由伪噪声发生器37产生的复数PN(伪噪声)序列36的复共轭。在码片边界，复数PN序列在相位上被加以调节，以便匹配于复数输入信号32中分辨的分量。由乘法器38提供的、最终得到的去扰码信号27然后由乘法器39把它与由OVS F(正交可变扩频因子)序列发生器41生成的OVSF码相乘，这样的OVSF码等价于沃尔什码。OVSF码的相位由所显示的延时锁相环控制，该锁相环提供分数码片和码片边界控制信号。接着，在给定的实施例中在64个码片上，滑动积分器42提供在OVSF码40的长度上的滑动积分。在积分后，复数可变延时43在被下采样装置44按照除以64来分样符号速率之前，对最靠近的整数个符号提供延时均衡。照例以及在最后，为了产生输出，去扩频信号45被乘以从由基站(例如，基站14)广播的导引信道得到的信道抽头估值的复数共轭。时序控制装置46提供延时控制信号给复数可变延时33和43，以及提供相位控制信号给PN序列发生器37和OVSF序列发生器41。瑞克指30还包括早/迟检测器47，它把早和迟信号E和L的功率估值信号提供给时序控制装置46。
图4显示按照本发明的移动通信设备16的瑞克指30中的早/迟检测器47。早/迟检测器47分别具有早迟分支62和63。早/迟时序检测器47被使用来得出用于定时环路的反馈信号。两个除以8的分样操作由各个下采样器62和63以不同的时序偏移来完成的。时序偏移是在样本分离码片的一部分时被选择的。早和迟分支60和61通过由各个乘法器把它们与扰码的PN序列的复数共轭相乘而被去扰码，然后它们通过分别使用积分和转储操作66和67而在有限的时间间隔内被积分。然后由平方装置68和69在分支60和61中产生求平方后的复数幅度，以使得另外的积分与转储操作装置70和71能够进行以后的非相干积分，从而提供早和迟信号E和L的功率估值信号72和73。在处理块74中通过使用以下的逻辑来得出时序误差信号e：如果信号E的功率估值信号的三倍大于信号L的功率估值信号的二倍，则e＝-1，否则如果信号L的功率估值信号的二倍大于信号E的功率估值信号的三倍，则e＝+1，否则e＝0。因此，在2/3＜＝E的功率估值除以L的功率估值＜＝3/2的范围内有一个死区(＜＝表示小于或等于)。早和迟信号的时序误差事件是从早/迟检测器47的输出的脉冲75中可提供的，是正的还是负的单位脉冲，则要取决于误差的方向。脉冲75在时序控制装置46中通过正确地配置的上/下计数器被计数，以便得出瑞克指30所需要的各个不同的时序控制信号。
图5显示按照本发明的瑞克指30中的计数装置。计数装置包括上/下计数器81、82和83，它们分别提供控制信号84、85和86。计数器81的计数载送信号87通过倒相器88被提供到计数器82的保持端，并且计数器82的计数载送信号89通过倒相器90被提供到计数器83的保持输入端。正的和负的单位脉冲75被比较器装置91和92分开，以及分别被提供给计数器81-83的相应的上和下计数输入端。计数器81-83按照初始延时估值(如通过对系统1的初始同步所提供的那样)进行时钟同步。初始估值被装载到计数器，该计数器然后被递减到零。在计数器值大于零的时间期间，加到计数器链81-83和PN序列发生器37的控制输入端保持为逻辑“1”，从而使得它们推进到被预先装载的数值。在这个时间以后，控制输入端被切换到早迟事件检测器47的输出端。通过使用可预先设置的计数器和可预先设置的PN序列器，可以得到等价的功能。上下计数器81-83分别是样本、码片和符号计数器，并且循环计数值分别大于每个码片的样本数、每个符号的码片数以及每个帧的符号数。因此，输出或控制信号84、85和86是按部分码片延时来控制复数可变延时33的样本延时控制信号、用于控制可回转的OVSF序列发生器41的码片延时控制信号、以及在不同的瑞克指的输出信号的最大比值组合以前在瑞克指30之外被使用于符号对准的符号延时控制信号。PN序列发生器37是包含了构成复数PN源的实部和虚部的可回转的PN发生器的复数共轭PN源。复数共轭是通过对虚部输出的极性取反而得到的。PN发生器块接受+1或-1的控制输入，以便把发生器相位提前或滞后一个码片，即，PN发生器只在采样时钟从一个码片翻转到另一个码片时才被移位。
一旦样本延时控制信号、码片延时控制信号、和符号延时控制信号的数值是可提供的，就有可能得出瑞克指30内部所需要的时序控制值。以下的公式是在时序控制装置中实施的：
-复数可变延时33被设置为δ1＝Ns-1-样本延时控制信号值，其中Ns是每个码片的样本数；
-可回转的OVSF发生器41的相位被设置为减去码片延时控制信号值；
-复数可变延时43被设置为＝Nw-1-码片延时控制信号值，其中Nw是每个沃尔什符号的码片数；以及
-由瑞克指30计算的总的延时是：
-dtotal＝样本延时控制信号值+Ns乘以码片延时控制信号值+Ns乘以Nw乘以符号延时控制信号值。
在所描述的实施例中，使用在四和八个样本之间的过采样速率。在另一个实施例中，通过使用可调节的FIR滤波器来生成时序延时，过采样速率以及功率消耗可有利地被减小。
图6显示按照本发明的瑞克指30的另一个实施例中的可调节数字FIR滤波器100。滤波器100被使用来至少产生分数码片的一部分或子码片延时。为此，选择滤波器100的块延时。这样，构建了在其输入端只需要每个码片两个或四个样本的瑞克指。根据被包含在前端31的模拟变换器的结构和接收机对混淆的容限，由CDMA接收机使用的最大采样速率因此被减小。在所显示的实施例中，可调节的数字FIR(有限冲击响应)滤波器100具有四个滤波器级101-104，它们带有预先计算的FIR抽头系数组105-108，用于设置滤波器100的抽头加权因子109-112。通过使用求和级113，加权的滤波器级的输出被相加，从而产生滤波器输出信号114。
图7显示带有对于想要的块延时的FIR滤波器100的滤波器抽头系数项目105-108的查找表120。每组FIR滤波器系数具有在用作为低通滤波器时的预先规定的群延时。FIR滤波器系数通过使用快速富立叶逆变换从想要的响应直接被综合。为了便于计算，假设频率响应是理想的低通滤波器，其截止边缘在奈奎斯特频率的一半处。假设相位是线性的，其斜率取决于所需要的群延时。
通过使用以上的原理，适用于时间偏移的滤波器系数的例子如下。
0.2207    0.3560    0.3560    0.2207    0.0293
0.1976    0.3455    0.3642    0.2428    0.0524
0.1738    0.3329    0.3702    0.2639    0.0762
0.1495    0.3183    0.3738    0.2836    0.1005
0.1250    0.3018    0.3750    0.3018    0.1250
0.1005    0.2836    0.3738    0.3138    0.1495
0.0762    0.2639    0.3702    0.3329    0.1738
0.0524    0.2428    0.3642    0.3455    0.1976
0.0293    0.2207    0.3560    0.3560    0.2207
作为复数可变延时33的实部的一个实施例，图8显示按照本发明的瑞克指30中的时钟输入的可控移位寄存器130。寄存器130具有八个移位寄存器段。移位寄存器最大包含输入信号32的八个样本。为了产生需要的部分码片延时，寄存器130的输出端131被耦合到适当的移位寄存器段。
通过上述的内容，本领域技术人员将会看到，可以作出各种修正而不背离由后面的附属权利要求规定的本发明的精神和范围，因此，本发明不限于所提供的例子。词组“包括”并不排除其它不同于权利要求中列出的那些的单元或步骤的存在。

Claims (9)

1.一种跟踪被指派给扩频的瑞克接收机的瑞克指(30)的多径信号(32)的分辨的分量(20-22)的方法，所述方法包括：
-可变地延时(33)所述分辨的分量；
-对所述可变延时的分辨的分量执行早-迟检测(47)，以便确定所述分辨的分量相对于最佳到达时间(23)是提早(E)还是滞后(L)到达，以及如果所述早-迟检测确定所述分辨的分量提早到达，则产生第一脉冲(75)，和如果所述早-迟检测确定所述分辨的分量滞后到达，则产生第二脉冲；
-计数(81，82，83)所述第一和第二脉冲(75)，所述第一脉冲导致按第一方向计数，以及所述第二脉冲导致按第二方向计数；
-从所述计数值导出分数码片延时定时调节信号(84)，以及反馈所述导出的分数码片延时定时调节信号，以便调节所述分辨的分量(20-22)的所述可变延时(33)，以及
-从所述计数值得出码片延时相位调节信号(85)，以及反馈所述导出的码片延时相位调节信号(85)，以便控制伪噪声发生器(37)的相位。
2.如权利要求1中要求的方法，在最大为所述复数输入信号(32)中每个码片的样本数的范围内进行所述可变延时(33)，以及通过在所述计数期间根据分数码片计数(81)来计数载送信号(87)，以便产生所述码片延时相位调节信号(85)，所述分数码片计数使得所述载送信号具有代表每个码片的所述样本数的计数值。
3.如权利要求2中要求的方法，根据所述分数码片计数(81)产生所述分数码片延时时序调节信号(84)。
4.如权利要求1中要求的方法，通过使用所述分数码片延时时序调节信号(84)控制移位寄存器(130)来进行所述可变延时(33)。
5.如权利要求1中要求的方法，通过使用所述分数码片延时时序调节信号(84)控制数字滤波器寄存器(100)的延时来进行所述可变延时(33)。
6.一种瑞克接收机，包括：
-射频前端(31)，用于提供多径信号(32)；
-耦合到射频前端(31)的至少一个瑞克指(30)，用于跟踪被指派给所述瑞克指(30)的多径信号(32)的分辨的分量(20-22)，所述瑞克指(30)包括：
a.用于可变地延时(33)所述分辨的分量(20-22)的装置；
b.用于对所述可变延时的分辨的分量(20-22)执行早-迟检测(47)以便确定所述分辨的分量相对于最佳到达时间(23)是提早(E)还是滞后(L)到达的装置，以及
c.用于当所述早-迟检测确定所述分辨的分量提早到达则产生(74)第一脉冲的装置，和用于当所述早-迟检测确定所述分辨的分量滞后到达则产生第二脉冲的装置；
d.用于计数(81，82，83)所述第一和第二脉冲(75)的装置，所述第一脉冲导致按第一方向计数，以及所述第二脉冲导致按第二方向计数；
e.用于根据所述计数导出分数码片延时定时调节信号(84)、以及用于反馈所述导出的分数码片延时定时调节信号以便调节所述分辨的分量(20-22)的所述可变延时(33)的装置，以及
f.用于根据所述计数导出码片延时相位调节信号(85)、以及用于反馈所述导出的码片延时相位调节信号(85)以便控制伪噪声发生器(37)的相位的装置。
7.一种瑞克接收机，包括：
-射频前端(31)，用于提供多径信号(32)；
-耦合到射频前端(31)的至少一个瑞克指(30)，用于跟踪被指派给所述瑞克指(30)的多径信号(32)的分辨的分量(20-22)，所述瑞克指(30)包括：
-可变延时装置(33)，用于延时所述分辨的分量(20-22)；
-早-迟检测器(47)，用于对所述可变延时的分辨的分量执行早-迟检测，以便确定所述分辨的分量相对于最佳到达时间(23)是提早(E)还是滞后(L)到达，以及如果所述早-迟检测确定所述分辨的分量提早到达，则产生第一脉冲，和如果所述早-迟检测确定所述分辨的分量滞后到达，则产生第二脉冲；
-可调节的伪噪声发生器(37)，用于产生用来对所述分辨的分量进行去扰码的伪噪声序列；
-第一计数器(81)，用于计数所述第一和第二脉冲(75)，所述第一计数器(81)提供分数码片延时时序调节信号(84)给所述可变延时装置(33)，以便将所述分辨的分量(20-22)提供给所述瑞克指(30)的时间对准；以及
-第二计数器(82)，用于计数由所述第一计数器(81)产生的载送信号，所述第二计数器(82)提供码片延时相位调节信号(85)给所述可调节伪噪声发生器(37)，以便将所述分辨的分量提供给所述瑞克指(30)的相位对准。
8.如权利要求7中要求的瑞克接收机，其中所述可变延时装置(33)是移位寄存器(130)或带有可调节延时的数字滤波器(100)，后者通过选择滤波器系数(109-112)进行设置，其中所述滤波器系数(109-112)从被包含在所述瑞克接收机中的查找表(120)中进行选择，所述查找表具有相应于预先规定的延时的滤波器系数项目。
9.如权利要求7中要求的瑞克接收机，其中所述可变延时装置是移位寄存器(130)与带有可调节延时的数字滤波器(100)的组合。
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