CN1274092C - Rake接收机及接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了在CDMA移动通信系统中进行对指元的有效的路径分配的RAKE接收机及接收方法。在本发明中，相关值计算部(2)在所有可RAKE接收的定时计算由输入端(1)所输入的接收信号与扩展码的相关值并输出至延迟轮廓作成部(3)和差值历史作成部(6)。延迟轮廓作成部(3)算出平均相关值并作为延迟轮廓通知给路径选择部(4)。差值历史作成部(6)按各接收定时对由相关值计算部(2)所通知的最新相关值与自身保存的前一次的相关值进行比较来求出差值历史并通知给路径选择部(4)。路径选择部(4)按平均相关值大的顺序排列延迟轮廓，若延迟轮廓与差值历史满足所有给定条件则将该接收定时分配给指元并通知给指元部(5)。

Description

RAKE接收机及接收方法

技术领域

本发明涉及CDMA移动通信系统，尤其涉及对分配给指元(finger)的路径(path)进行有效选择的RAKE接收机及接收方法。

技术背景

所谓CDMA(Code Division Multiple Access)通信方式是向各用户分配个别的扩展码并据此实现复数个用户的通信的通信方式。其特征为积极利用了多径(multipath)。

在无线通信中，发送机所发送的信号将受到伴随发送机或接收机的移动而产生的衰落(fading)和因障碍物导致的衍射、衰减等的影响。因此发送机所发送的信号将作为复数个信号被接收机接收。该复数个接收信号称作多径。多径中的每个接收信号称作路径。

在TDMA(Time Division Multiple Access)和FDMA(FrequencyDivision Multiple Access)中将这种多径中的一个作为应接收信号(主信号)时，其他信号则为妨碍该主信号的杂音。

但是，在CDMA中多径被分离成各个路径，所有的路径被作为主信号处理。这样的处理是为了提高接收灵敏度。RAKE接收机具有分离该路径、求出各个接收定时并将其分配给指元的搜索(search)功能。另外，所谓指元意味着具有对应于一个接收定时的接收功能。

图1所示为用以实现所述搜索功能的以往的RAKE接收机的基本结构图。如图1所示，RAKE接收机具有相关值计算部2、延迟轮廓(delayedprofile)作成部3、路径选择部4和指元部5。

相关值计算部2按一定周期在所有可RAKE接收的定时计算从输入端1所输入的接收信号与扩展码的相关值。相关值计算部2将所计算出的相关值通知给延迟轮廓作成部3。另外，所谓“相关值”为根据下述算式(1)所算出的值。

R[t][i]：接收定时t时第i码片的输入信号

C[i]：第i码片的扩展码

N：算出相关的码片数

Cor[t][n]：第n次求得的接收定时＝t上的相关值为，

$\mathrm{Cor}\left[t\right]\left[n\right]=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(R\right[t\left]\right[i]\×C[i\left]\right)\×\left(R\right[t\left]\right[i]\×C[i\left]\right)*---\left(1\right)$

其中，A*表示A的复共轭

另外，在以下的说明中令接收定时的总数为[Ntmg]。

在延迟轮廓作成部3中，通过将相关值计算部2所得到的各接收定时的相关值相加预先规定的次数算出平均相关值并作成延迟轮廓。图2所示为各接收定时上的延迟轮廓。

在路径选择部4中，比较延迟轮廓的平均相关值的大小并选择应分配给各指元的接收定时，并将该接收定时通知给指元部5。

一般来说，当指元在平均相关值大的接收定时进行接收时可期待能接收到Eb/IO(每1比特的能量对干扰功率密度比)高的信号。

在此，图3为表明图2所示的接收定时与传输途径的关系图。在接收定时A、A′，从发送机到接收机的传输途径相同。与此相对，在接收定时B则为从发送机经由反射物传输至接收机的途径。因此接收定时B与接收定时A、A′的传输途径不同。

可是，比较图2所示的接收定时A′与接收定时B，由于接收定时A′一方的平均相关值大所以认为将A′分配给指元为佳。但是，若考虑衰落，如果已将A分配给指元，虽然平均相关值小，莫如将从发送机到接收机的传输途径与接收定时A不同的接收定时B分配给指元更能期待较佳的特性。

由于接收定时A、A′的传输途径相同，所以将受到相同的衰落。因此，例如在接收定时A受到衰落的影响而使接收功率降低时，接收定时A′也同样降低。因此，当仅将接收定时A、A′分配给指元时有可能使接收特性恶化。

对此，由于接收定时A与接收定时B的传输途径不同，所以既使接收定时A因衰落而接收功率降低，B不会也同样降低。因此有可能防止因衰落所导致的接收特性的劣化。这是因为可基于如果传输途径不同则衰落的影响基本上也不同的考虑。

由于硬件的制约，指元数通常是有限的。因此，有效地将不同传输途径的路径分配给指元将对RAKE接收的接收特性产生很大的影响。

以下用[Nfgr]表示因硬件制约而有限的指元数。

以往，在路径的指元分配中，比较接收定时，当其差(A＝abs(路径A的接收定时)-(路径B的接收定时))在预先规定的阈值以下时(A≤TH)则识别为同一传输途径的路径并仅将其中某一方分配给指元。另一方面，当其差在预先规定的阈值之上时(A＞TH)则将路径A与路径B视作不同途径。

其中，abs(x)表示x的绝对值，TH表示预先规定的阈值。

象这样在以往的RAKE接收中，在指元分配之际只以接收定时之差来判断是否为同一途径的路径。因此，接收定时几乎相同但传输途径不同的路径被判断为同一路径而删除了其一方。反之，尽管为同一传输途径，也会判断为不同的路径而分配给指元。因此不能进行有效的路径分配。

即，在以往的RAKE接收中，有可能对于传输途径不同但传输距离几乎相同的路径判断为同一传输途径而使衰落时的接收特性劣化。

本发明的目的在于提供通过观察相关值大小的变动状态的相关性来进行路径分离并有效进行对指元的路径分配的RAKE接收机及接收方法。

发明内容

按照本发明，提供了一种CDMA移动通信系统的RAKE接收机，其特征在于：具备

相关值计算部，其在所有可RAKE接收的定时上计算接收信号与扩展码的相关值；

延迟轮廓作成部，其根据由该相关值计算部所得到的各接收定时上的相关值算出平均相关值并作成延迟轮廓；

差值历史作成部，其按各接收定时对由所述相关值计算部所通知的最新相关值与前一次的相关值进行比较，并作成使用函数Fn(x，y)表现大小的变化的差值历史；

路径选择部，其按大小顺序排列所述平均相关值，当所述延迟轮廓与差值历史分别满足给定条件时，按所述平均相关值大的顺序选择应分配给指元的接收定时并将该接收定时通知给指元部；和

指元部，其对应各接收定时的路径进行接收；

设t为接收定时，n为进行相关值计算的次数，tc为指元分配候选的接收定时，Npow为作成路径检出所必需的延迟轮廓的必需的相关值的相加次数，DP[t][n]为在接收定时t、将n次的相关值相加的结果，DP[t][Npow-1]为在延迟轮廓中的接收定时t的相关值的和的大小，abs(x)为计算x的绝对值的函数，t[i]为至现时为止分配给指元的第“i”个接收定时，D_th为在判断是否将成为对象的接收定时分配给指元时，着眼于延迟轮廓DP[][]时的阈值，并在比该值大时，成为指元分配的候选；

当所述延迟轮廓满足下式条件

abs(DP[tc][Npow-1]-DP[t[i]][Npow-1])＞D_th   (0≤i＜m)

且设Hist[t][n]为在接收定时＝t的第(n-1)次计算的相关值和第n次计算的相关值的差值历史，如该差值历史为+1，则随时间经过而增大，如为-1，则相反地减小，H_th为在判断是否将成为对象的接收定时分配给指元时，着眼于上述差值历史时的阈值，在比该值小时，成为指元分配的候选；

所述差值历史满足下式条件

$\underset{j=1}{\overset{\mathrm{Npow}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(\mathrm{Hist}\right[\mathrm{tc}\left]\right[i]\&times;\mathrm{Hist}[t\left[i\right]\left]\right[j\left]\right)<H\_\mathrm{th},(0\&le;i<m)$

时，所述路径选择部按所述平均相关值大的顺序选择应分配给指元的接收定时。

按照本发明，还提供了一种CDMA移动通信系统的RAKE接收方法，其特征在于：包含

通过取接收信号与扩展码的相关来算出相关值的步骤；

根据各接收定时的相关值算出平均相关值并求出延迟轮廓的步骤；

通过对最新相关值与前一次的相关值进行比较求出差值历史的步骤；

按所述平均相关值大的顺序排列接收定时的步骤；

将所述平均相关值的值最大的接收定时分配给指元的步骤；

将按所述平均相关值大的顺序寻找所述延迟轮廓和差值历史分别满足给定条件的所述接收定时并分配给各指元的处理，反复至对所有的指元分配结束或对所有的接收定时判定结束而进行路径选择的步骤；

设t为接收定时，n为进行相关值计算的次数，tc为指元分配候选的接收定时，Npow为作成路径检出所必需的延迟轮廓的必需的相关值的相加次数，DP[t][n]为在接收定时t、将n次的相关值相加的结果，DP[t][Npow-1]为在延迟轮廓中的接收定时t的相关值的和的大小，abs(x)为计算x的绝对值的函数，t[i]为至现时为止分配给指元的第“i”个接收定时，D_th为在判断是否将成为对象的接收定时分配给指元时，着眼于延迟轮廓DP[][]时的阈值，并在比该值大时，成为指元分配的候选；

当所述延迟轮廓满足下式条件

abs(DP[tc][Npow-1]-DP[t[i]][Npow-1])＞D_th    (0≤i＜m)

且设Hist[t][n]为在接收定时＝t的第(n-1)次计算的相关值和第n次计算的相关值的差值历史，如该差值历史为+1，则随时间经过而增大，如为-1，则相反地减小，H_th为在判断是否将成为对象的接收定时分配给指元时，着眼于上述差值历史时的阈值，在比该值小时，成为指元分配的候选；

所述差值历史满足下式条件

$\underset{j=1}{\overset{\mathrm{Npow}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(\mathrm{Hist}\right[\mathrm{tc}\left]\right[j]\&times;\mathrm{Hist}[t\left[i\right]\left]\right[j\left]\right)<H\_\mathrm{th},(0\&le;i<m)$

时，按所述平均相关值大的顺序选择应分配给指元的接收定时。

即，本发明可通过计算路径强度的变动并将该计算值利用于延迟轮廓和分配给指元的路径的选择来实现有效的路径的指元分配。

附图说明

图1所示为以往的RAKE接收机的基本结构图。

图2所示为各接收定时上的延迟轮廓图。

图3所示为接收定时与传输途径的关系图。

图4所示为本发明涉及实施方式的RAKE接收机的结构图。

图5为对本实施方式的操作进行说明的流程图。

图6为对本实施方式的操作进行说明的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式作以说明。图1所示为本发明涉及实施方式的RAKE接收机的结构图。

相关值计算部2在所有可RAKE接收的定时按一定周期计算从输入端1所输入的接收信号与扩展码的相关值。其计算出的相关值输入至延迟轮廓作成部3同时也输入给差值历史作成部6。另外，“相关值”的定义与现有例相同。

与现有例同样，延迟轮廓作成部3按各接收定时将相关值相加预先规定的次数(以下为“Npow”)。据此算出平均相关值，其结果作为延迟轮廓通知给路径选择部4。即为如下处理。

首先如下定义Cor[t][n]及DP[t][n]。

Cor[t][n]：由相关值计算部2第n次通知的接收定时t上的最新相关值

DP[t][n]：在接收定时t上第n次通知的相关值的相加结果

每当从相关值计算部2通知最新相关值Cor[t][n]时，对所有的接收定时t进行相加。例如若相关值的通知为第n次，则为DP[t][n]＝DP[t][n-1]+Cor[t][n]for 0≤t＜Ntmg。

其中，若上式运算为第Npow次(即若n为“0起点”则n＝Npow-1)，则DP[t][n]作为延迟轮廓通知给路径选择部4。在此，DP[t][-1]为0。

另外，也可使用由相关值计算部2所通知的相关值按给定幅度时间窗的平均移动作为延迟轮廓。

差值历史作成部6按各接收定时比较由相关值计算部2所通知的最新相关值与自身保存的前一次的相关值，并记录其大小的变化。具体为例如进行如下操作。

Hist[t][n]：接收定时t上第(n-1)次计算的相关值与第n次计算的相关值的差值历史

Hist[t][n]＝Fn(Cor[t][n-1]，Cor[t][n])        (2)

其中，Fn(x，y)＝[+1(x≤y)，-1(x＞y)]

即，Fn(x，y)在(x≤y)的范围为+1，在(x＞y)的范围为-1。

对于各接收定时，若求得Npow个的相关值的差值历史Hist[t][n](t＝0～Ntmg-1、n＝0～Npow-1)，则将所有的差值历史Hist[t][n]通知给路径选择部4。

路径选择部4将由延迟轮廓作成部3所通知的延迟轮廓按平均相关值大的顺序排列。进而按平均相关值大的顺序将该接收定时作为指元分配候选，进行如下算式(3)、(4)所示的判定。若满足所有条件，则将该接收定时分配给指元。

t[0]，t[1]，...，t[m-1]：此前分配给指元的接收定时(m个)

tc：成为指元分配候选的接收定时

D_th：预先规定的有关接收定时的阈值

H_th：预先规定的有关差值历史的阈值

abs(DP[tc][Npow-1]-DP[t[i]][Npow-1])＞D_th(0≤i＜m)(3)

$\underset{j=1}{\overset{\mathrm{Npow}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(\mathrm{Hist}\right[\mathrm{tc}\left]\right[j]\&times;\mathrm{Hist}[t\left[i\right]\left]\right[j\left]\right)<H\_\mathrm{th},(0\&le;i<m)---\left(4\right)$

其中，abs(x)表示x的绝对值

另外，在Hist[][]的定义上，Hist[t][0]为表示第0次与第-1次的差值，无现实意义不进行相加。

该处理可对所有接收定时进行或持续至指元数为无。分配给指元的接收定时通知给指元部5。

下面参照图2、3的流程图对本实施方式的操作进行说明。

首先，将存放于相关值计算部2及延迟轮廓作成部3的缓存器(memory buffer)中的Cor[t][-1]及DP[t][-1]初始化为0(步骤1)。

接下来，相关值计算部2通过取得从输入端1所输入的接收信号与扩展码的相关来算出相关值Cor[t][cnt](步骤3)。求得的相关值Cor[t][cnt]被通知给延迟轮廓作成部3并求得延迟轮廓DP[t][cnt](步骤4)。继而，相关值Cor[t][cnt]被通知给差值历史作成部6并通过与前一次的相关值Cor[t][cnt-1]作比较求得差值历史Hist[t][cnt](步骤5)。以上步骤3～5的处理反复Npow次(步骤2、6、7)。

路径选择部4求出按照最初由延迟轮廓作成部3所通知的延迟轮廓DP[t][Npow-1](t＝0～Ntmg-1)大的顺序来排列接收定时的函数TmgOrd[i](i＝0～Ntmg-1)(步骤8)。该函数TmgOrd[i](i＝0～Ntmg-1)满足下式。

DP[Ord[i]][Npow-1]≥DP[TmgOrd[i+j]][Npow-1]

for 0≤i＜Npow-1

0≤j＜Npow-l-i

例如，Tx＝TmgOrd[x]成立意味着“当按大的顺序排列DP[t][Npow-l]时，自上位第x个接收定时为Tx”。

接下来，将延迟轮廓的平均相关值最大的接收定时首先分配给一个指元(步骤10)。

其后，按平均相关值大的顺序寻找满足所述算式(3)及算式(4)的接收定时。若发现则将该接收定时分配给指元(步骤11～16、步骤18)。不过，若对Nfgr个指元的分配完毕(步骤17)或对所有Ntmg个接收定时的(式3)、(式4)的检查结束(步骤19)则路径选择结束。之后，分配给fgr个指元(指元[0]...指元[fgr-1])的接收定时被通知给指元部5(步骤20)。

若对指元部5的通知结束，则相关值计算部2、延迟轮廓作成部3的缓存器再被初始化为0并继续处理(步骤1)。

在本发明的其他的实施方式中，上述算式(2)中的“Hist[t][n]”的计算如下进行。

Hist[t][n]＝Fn(Cor[t][n-1]，Cor[t][n])×Cor[t][n]    (5)

其中，Fn(x，y)＝[+1(x≤y)，-1(x＞y)]

使用算式(2)的方法仅关注了与前一次的相关值相比是增大还是减小这一变化的方向，算式(5)除变化的方向以外还关注相关值的大小。

如上所述，由于将相关值大的接收定时分配给指元进行接收则能得到Eb/IO高的信号，所以算式(5)有防止将Eb/IO低的信号分配给指元的效果，可期待实现更有效的分配。

产业利用的可行性

如以上说明，依据本发明，由于在向指元分配接收定时之际，作为判断是否为同一传输途径(＝同一路径)的手段，不仅使用接收定时的差值还一并使用相关值变化的历史，所以能更正确地判断是否为同一路径。在受硬件条件所限制的指元数中，可以进行在衰落环境下能获得良好接收特性的路径分配。

Claims (4)

1.一种CDMA移动通信系统的RAKE接收机，其特征在于：具备

相关值计算部，其在所有可RAKE接收的定时上计算接收信号与扩展码的相关值；

延迟轮廓作成部，其根据由该相关值计算部所得到的各接收定时上的相关值算出平均相关值并作成延迟轮廓；

差值历史作成部，其按各接收定时对由所述相关值计算部所通知的最新相关值与前一次的相关值进行比较，并作成使用函数Fn(x，y)表现大小的变化的差值历史；

路径选择部，其按大小顺序排列所述平均相关值，当所述延迟轮廓与差值历史分别满足给定条件时，按所述平均相关值大的顺序选择应分配给指元的接收定时并将该接收定时通知给指元部；和

指元部，其对应各接收定时的路径进行接收；

设t为接收定时，n为进行相关值计算的次数，tc为指元分配候选的接收定时，Npow为作成路径检出所必需的延迟轮廓的必需的相关值的相加次数，DP[t][n]为在接收定时t、将n次的相关值相加的结果，DP[t][Npow-1]为在延迟轮廓中的接收定时t的相关值的和的大小，abs(x)为计算x的绝对值的函数，t[i]为至现时为止分配给指元的第“i”个接收定时，D_th为在判断是否将成为对象的接收定时分配给指元时，着眼于延迟轮廓DP[][]时的阈值，并在比该值大时，成为指元分配的候选；

当所述延迟轮廓满足下式条件

abs(DP[tc][Npow-1]-DP[t[i]][Npow-1])＞D_th  (0≤i＜m)

且设Hist[t][n]为在接收定时＝t的第(n-1)次计算的相关值和第n次计算的相关值的差值历史，如该差值历史为+1，则随时间经过而增大，如为-1，则相反地减小，H_th为在判断是否将成为对象的接收定时分配给指元时，着眼于上述差值历史时的阈值，在比该值小时，成为指元分配的候选；

所述差值历史满足下式条件

$\underset{j=1}{\overset{\mathrm{Npow}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(\mathrm{Hist}\right[\mathrm{tc}\left]\right[j]\&times;\mathrm{Hist}[t\left[i\right]\left]\right[j\left]\right)<H\_\mathrm{th},(0\&le;i<m)$

时，所述路径选择部按所述平均相关值大的顺序选择应分配给指元的接收定时。

2.权利要求1中记载的RAKE接收机，其特征在于：

所述差值历史定义为

设Cor[t][n]为在接收定时＝t、第n次计算出的相关值，Fn(x，y)为在(x≤y)的范围内取“+1”，而在(x＞y)的范围内取“-1”的函数时，

Hist[t][n]＝Fn(Cor[t][n-1]，Cor[t][n])

或

Hist[t][n]＝Fn(Cor[t][n-1]，Cor[t][n])×Cor[t][n]。

3.一种CDMA移动通信系统的RAKE接收方法，其特征在于：包含

通过取接收信号与扩展码的相关来算出相关值的步骤；

根据各接收定时的相关值算出平均相关值并求出延迟轮廓的步骤；

通过对最新相关值与前一次的相关值进行比较求出差值历史的步骤；

按所述平均相关值大的顺序排列接收定时的步骤；

将所述平均相关值的值最大的接收定时分配给指元的步骤；

将按所述平均相关值大的顺序寻找所述延迟轮廓和差值历史分别满足给定条件的所述接收定时并分配给各指元的处理，反复至对所有的指元分配结束或对所有的接收定时判定结束而进行路径选择的步骤；

设t为接收定时，n为进行相关值计算的次数，tc为指元分配候选的接收定时，Npow为作成路径检出所必需的延迟轮廓的必需的相关值的相加次数，DP[t][n]为在接收定时t、将n次的相关值相加的结果，DP[t][Npow-1]为在延迟轮廓中的接收定时t的相关值的和的大小，abs(x)为计算x的绝对值的函数，t[i]为至现时为止分配给指元的第“i”个接收定时，D_th为在判断是否将成为对象的接收定时分配给指元时，着眼于延迟轮廓DP[][]时的阈值，并在比该值大时，成为指元分配的候选；

当所述延迟轮廓满足下式条件

abs(DP[tc][Npow-1]-DP[t[i]][Npow-1])＞D_th  (0≤i＜m)

且设Hist[t][n]为在接收定时＝t的第(n-1)次计算的相关值和第n次计算的相关值的差值历史，如该差值历史为+1，则随时间经过而增大，如为-1，则相反地减小，H_th为在判断是否将成为对象的接收定时分配给指元时，着眼于上述差值历史时的阈值，在比该值小时，成为指元分配的候选；

所述差值历史满足下式条件

$\underset{j=1}{\overset{\mathrm{Npow}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(\mathrm{Hist}\right[\mathrm{tc}\left]\right[j]\&times;\mathrm{Hist}[t\left[i\right]\left[j\right])<H\_\mathrm{th},(0\&le;i<m)$

时，按所述平均相关值大的顺序选择应分配给指元的接收定时。

4.权利要求3中记载的RAKE接收方法，其特征在于：

所述差值历史定义为

设Cor[t][n]为在接收定时＝t、第n次计算出的相关值，Fn(x，y)为在(x≤y)的范围内取“+1”，而在(x＞y)的范围内取“-1”的函数时，

Hist[t][n]＝Fn(Cor[t][n-1]，Cor[t][n])

或

Hist[t][n]＝Fn(Cor[t][n-1]，Cor[t][n])×Cor[t][n]。

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