CN1315791A - 天线分集接收条件下的码分多址系统多径搜索方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线分集接收条件下的码分多址系统多径搜索方法及装置。该方法将对应于不同接收天线的搜索能量窗在多径判决之前进行合并,对合并后的搜索能量窗进行判决,然后分配候选多径到各RAKE支路,再控制搜索窗的滑动;其装置由至少两匹配相关器和搜索索能量窗的平滑处理单元、一搜索能量窗合并、一多径判决、一多径分配、一搜索窗滑动单元组成,充分利用了天线分集接收的特点,具有更好的多径捕获准确性和更强的多径锁定能力。

Description

天线分集接收条件下的码分多址系统多径搜索方法及装置

本发明涉及码分多址(CDMA)移动通信系统，更具体地说，是指一种天线分集接收条件下的码分多址系统多径搜索方法与装置。

陆地移动通信信道的主要特征是多径传播。对于码分多址移动通信系统而言，由于采用了宽带的扩频信号，因此能够采用RAKE接收技术来利用多径信号，从而提高接收性能。当接收机采用天线分集接收技术时，一方面可以接收到更多的多径信号；另一方面由于经由相同传播路径到达分集接收天线的信号是相互独立的衰落信号，因此能够更好地抗多径衰落。在天线分集接收时，如何准确捕获和锁定多径信号是提高RAKE接收性能的关键。

在码分多址(CDMA)扩频通信中，现有的公认较好的支持天线分集接收的多径搜索方法如下：在相同的搜索窗范围内，采用两路匹配相关器分别对两路天线的接收信号和本地PN码做相关运算，分别得到对应于搜索能量窗的每个搜索相位的一组相关能量值，分别构成对应于两个天线的搜索能量窗，接着分别对两路天线的搜索能量窗做平滑处理，当需要多径更新时，当前的平滑处理输出的搜索能量窗被分别送到两路多径判决单元，多径判决单元用相同的门限判决方法分别对两个搜索能量窗进行判决，得到两组候选多径，多径分配单元按照候选多径的强弱次序将两组候选多径分配到RAKE接收的各条支路，搜索窗滑动单元根据两组候选多径的分布得到搜索窗滑动信号，该信号用于控制搜索窗的滑动。

通过以下分析，可以得知现有的支持天线分集接收的多径搜索方法尚存在一些缺陷：

第一、两路天线的搜索能量窗分别进行多径判决有缺陷。在天线分集接收时，一方面由于分集接收的两副天线距离很近，扩频信号经过不同的传播路径将几乎同时到达两副接收天线，因此两路天线的搜索能量窗中的相关峰的出现的相位十分接近；另一方面，由于分集接收天线的距离在十倍射频波长以上，因此经相同的传播路径到达两副接收天线的信号的衰落是相互独立的，这样在同一时刻，如果在某路天线的搜索能量窗中的某个相位上出现能量较强的多径，则在另一路天线的搜索能量窗中相同(或相近)相位上的相关能量不一定强。在现有的支持天线分集接收的多径搜索方法中，两路天线的能量窗是分别进行多径判决的，并且每路天线都规定了相同的候选多径条数，而实际上两个搜索能量窗的多径能量分布是有差异的，当多径较多时，就会出现这样的情况：一方面一路天线的搜索能量窗中存在部分能量较高的多径被排除在候选多径之外，另一方面另一路天线的搜索能量窗中不能找到足够的的候选多径。因此现有的采用两路天线的搜索能量窗分别判决的多径搜索方法是有缺陷的。

第二、多径分配按照候选多径的强弱次序分配给RAKE接收的各支路存在缺陷。当RAKE接收支路分配到新的多径时，如果该支路原有的多径与新的多径的相位相差太大，在相位切换时，该支路的当前扩频符号的解扩将受到严重影响，并且相位的切换将会影响该支路的信道估计的性能，现有的多径分配方法没有考虑如何减少RAKE支路的相位切换和相位变化的幅度。

第三、现有的搜索窗滑动信号不具有抗噪声多径的能力。由于噪声多径的影响，搜索窗滑动单元输出的搜索窗滑动信号的变化幅度可能很大，从而使搜索窗大幅度滑动，最终可能导致搜索窗失去对多径信号的锁定。

为此，本发明的目的是针对现有的天线分集接收条件下的码分多址系统多径搜索方法存在的缺点，提出一种较为新颖的天线分集接收条件下的码分多址系统多径搜索方法，同时也提供一种与之相适应的天线分集接收条件下的码分多址系统多径搜索装置。

为了实现上述目的，

本发明采用的天线分集接收条件下的码分多址系统多径搜索方法为：

首先用两个匹配相关器分别对两路天线信号在相同的搜索窗范围内做相关运算，以得到两个搜索能量窗；

再将两个搜索能量窗作平滑处理；

对经过平滑处理后的搜索能量窗加以合并；

对合并后的搜索能量窗进行判决，得到候选多径；

然后一方面多径分配单元将候选多径分配到各RAKE支路上，另一方面，候选多径信息再经搜索窗滑动处理后得到搜索窗滑动信号，该滑动信号再反馈，用以控制搜索窗的滑动。

上述方法还进一步包含如下步骤：

a．在相同的搜索窗范围内，用两个匹配相关器分别对两路天线的输入信号和本地PN码进行相关运算，对于每路天线输入，将得到对应于搜索窗的每个搜索相位的一组相关能量值，即为该路天线的搜索能量窗；

b．对两路匹配相关器输出的搜索能量窗分别进行平滑处理，得到对应不同天线的平滑后的搜索能量窗；

c．多径更新时，选取当前平滑处理输出的对应于不同的接收天线两个搜索能量窗进行合并，在合并后的搜索能量窗中，使原来的两个搜索能量窗的搜索相位序号和各搜索相位上的能量信息保持不变，但在每个搜索相位上增加区分接收天线的天线编号信息；

d．从合并后的搜索能量窗中找出能量最强的一组初选候选多径，初选候选多径的信息包含多径的相位序号和对应的天线编号；

e．估计合并后的搜索能量窗的平均噪声，并进一步得到噪声门限；

f．采用多径提携和噪声门限相结合的判决方式对初选候选多径进行判决，得到包含多径的相位序号和对应的天线编号的候选多径；

g．用多径匹配和保持的方式将步骤f得到的候选多径信息分配给RAKE接收的各条支路；

h．搜索窗滑动单元利用步骤g得到的候选多径得到搜索窗的滑动信号，用硬限幅的方式处理该滑动信号，并将搜索窗滑动信号反馈，用以控制搜索窗的滑动。

本发明采用的天线分集接收条件下的码分多址系统多径搜索装置包含至少两匹配相关器单元、至少两搜索能量窗的平滑单元、一搜索能量窗的合并单元、一多径判决单元、一多径分配单元、一搜索窗滑动单元，

所述的两路或两路以上匹配相关器单元在相同的搜索窗范围内分别对两路或两路以上天线的输入信号和本地PN码进行相关运算，对于每路天线输入，得到对应于搜索窗的每个搜索相位的一组搜索能量窗；

所述的两路或两路以上搜索能量窗的平滑单元分别对输入的搜索能量窗进行平滑处理，得到平滑处理后的搜索能量窗；

所述的搜索能量窗合并单元将经平滑处理后、对应于不同天线的搜索能量窗进行合并；

所述的多径判决单元从合并后的搜索能量窗中筛选出候选多径；

所述的多径分配单元将候选多径分配给RAKE接收的各条支路；

所述的搜索窗滑动单元根据输入的候选多径计算得到搜索窗滑动信号并对该信号进行硬限幅，其输出分别反馈到各路匹配相关器和各路搜索能量窗的平滑处理单元。

与现有的天线分集接收条件下的码分多址系统的搜索方法及装置相比，本发明具有如下特点：

第一、本发明对两路天线的搜索能量窗在多径判决前进行合并，这种合并保留了各搜索能量窗的搜索相位序号和各搜索相位上的能量信息，并且在每个搜索相位上增加区分接收天线的天线编号信息，一方面，由于搜索能量窗的合并，可以依据统一的多径判决方法找到相关能量最强的一组候选多径；另一方面，可从合并后的搜索能量窗中将潜在的多径从噪声门限之下提取出来。

第二、该方法和装置能够减少各RAKE支路的多径切换，并且能够使各支路的多径的相位变化最小。

第三、能够有效地克服噪声多径对搜索窗滑动的影响，保持搜索窗对多径的锁定。

下面结合附图和实施例，对本发明的方法和装置作进一步地详细说明：

图1为本发明的多径搜索装置原理示意框图。

图2为搜索能量窗的合并判决示意图。

图3为多径提携方式的示意图。

图4为搜索窗滑动中的硬限幅的流程示意图。

本发明的天线分集接收条件下的码分多址系统多径搜索方法首先用两个匹配相关器分别对两路天线信号在相同的搜索窗范围内做相关运算，以得到两个搜索能量窗；

再将两个搜索能量窗作平滑处理；

对经过平滑处理后的搜索能量窗加以合并；

对合并后的搜索能量窗进行判决，得到候选多径；

然后一方面多径分配单元将候选多径分配到各RAKE支路上，另一方面，候选多径信息再经搜索窗滑动处理后得到搜索窗滑动信号，该滑动信号再反馈，用以控制搜索窗的滑动。

该方法的详细步骤进一步介绍如下：

a．在相同的搜索窗范围内，用两个匹配相关器分别对两路天线的输入信号和本地PN码进行相关运算，对于每路天线输入，将得到对应于搜索窗的每个搜索相位的一组相关能量值，即为该路天线的搜索能量窗；

b．对两路匹配相关器输出的搜索能量窗分别进行平滑处理，得到对应不同天线的平滑后的搜索能量窗；

c．多径更新时，选取当前平滑处理输出的对应于不同的接收天线两个搜索能量窗进行合并，在合并后的搜索能量窗中，使原来的两个搜索能量窗的搜索相位序号和各搜索相位上的能量信息保持不变，但在每个搜索相位上增加区分接收天线的天线编号信息；

d．从合并后的搜索能量窗中找出能量最强的一组初选候选多径，初选候选多径的信息包含多径的相位序号和对应的天线编号；

e．估计合并后的搜索能量窗的平均噪声，并进一步得到噪声门限；

f．采用多径提携和噪声门限相结合的判决方式对初选候选多径进行判决，得到包含多径的相位序号和对应的天线编号的候选多径；

g．用多径匹配和保持的方式将步骤f得到的候选多径信息分配给RAKE接收的各条支路；

h．搜索窗滑动单元利用步骤g得到的候选多径得到搜索窗的滑动信号，用硬限幅的方式处理该滑动信号，并将搜索窗滑动信号反馈给匹配相关器，以控制搜索窗的滑动。

所述的步骤e中，在估计平均噪声时，先去掉合并后的搜索能量窗中的初选候选多径的相位和各条候选多径左右各一个码片内的相位，再将搜索能量窗中的其他相位的相关能量值进行平均。

所述的步骤f中，噪声门限方式是根据噪声门限进行判决，如果某条初选候选多径的相关能量高于噪声门限，则该条初选候选多径作为候选多径，否则作为未入选的候选多径；

多径提携方式是对未入选的候选多径进行处理，如果某条通过门限判决得到的候选多径与该条未入选多径的相位相同但天线编号不同，则将该条未入选多径作为候选多径。

所述的步骤g中，多径匹配是将候选多径与当前各RAKE支路的多径进行匹配，如果一候选多径与当前RAKE支路的多径的天线编号相同并且相位相差不超过1/4码片，则将该候选多径分配给RAKE支路；

保持方式是对于尚未参与分配的每条RAKE支路，选择与其相位最接近的未分配的候选多径加以分配，直到分配完所有的候选多径。

所述的步骤h中，

硬限幅方式是设定搜索窗的最小滑动相位为1个码片，并设定搜索窗的最大滑动相位为W个码片，W的取值在1～10个码片；

根据候选多径的分布情况确定搜索窗滑动的相位，然后将该相位的绝对值与搜索窗的最小滑动相位和最大滑动相位相比较，如果介于两者之间，则输出该相位；

如果该相位的绝对值高于搜索窗的最大滑动相位，则输出搜索窗的最大滑动相位且与该相位取相同符号；

如果该相位的绝对值低于搜索窗的最小滑动相位，则输出为0。

本发明所述的方法，不仅局限于对两路天线而言，可以对两路以上天线输入的信号依次进行分集接收、相关运算、平滑处理、搜索能量窗的合并、多径判决，再分配至各RAKE支路，这些过程与两路相同。

请参阅图1所示，依照本发明所描述的方法，本发明的天线分集接收条件下的码分多址系统多径搜索装置包含至少两路匹配相关器单元、至少两路搜索能量窗的平滑单元、一搜索能量窗的合并单元、一多径判决单元、一多径分配单元、一搜索窗滑动单元，

所述的两路或两路以上匹配相关器单元在相同的搜索窗范围内分别对两路或两路以上天线的输入信号和本地PN码进行相关运算，对于每路天线输入，得到对应于搜索窗的每个搜索相位的一组搜索能量窗；

所述的两路或两路以上搜索能量窗的平滑单元分别对输入的搜索能量窗进行平滑处理，得到平滑处理后的搜索能量窗；

所述的搜索能量窗合并单元将经平滑处理后、对应于不同天线的搜索能量窗进行合并；

所述的多径判决单元从合并后的搜索能量窗中筛选出候选多径；

所述的多径分配单元将候选多径分配给RAKE接收的各条支路；

所述的搜索窗滑动单元根据输入的候选多径计算得到搜索窗滑动信号和对该信号进行硬限幅，其输出分别反馈到各路匹配相关器和各路搜索能量窗的平滑处理单元。

本发明的多径搜索装置的工作原理介绍如下：

两个匹配相关器在相同的搜索窗范围内分别对两路天线输入的信号和本地P N码做匹配滤波方式的相关运算，得到的对应于不同搜索相位的相关能量构成搜索能量窗，搜索能量窗的平滑处理单元对搜索能量窗进行平滑，当需要多径更新时，搜索能量窗的合并单元将两路平滑后的搜索能量窗进行合并，多径判决单元采用多径提携和门限判决相结合的方式对合并后的搜索能量窗进行多径判决，得到候选多径，多径分配单元采用多径匹配和保持的方式将候选多径分配给各RAKE接收支路，搜索窗滑动单元根据候选多径的分布得到搜索窗滑动信号，该信号经硬限幅后用于控制搜索窗的滑动。

请再参阅图2所示，搜索能量窗的合并单元将平滑处理后的两个多径搜索能量窗合并为两倍窗宽度的新的搜索能量窗，合并的搜索能量窗保持了原来的两个搜索能量窗的搜索相位序号和相关能量不变，但是在每个搜索相位上增加了天线编号的信息，如1#天线和2#天线。多径判决单元按照相关能量从大到小的原则从合并后的搜索能量窗中选择相关能量最大的一组多径作为初选多径，噪声估计和门限计算也在合并后的搜索能量窗中统一进行，并且采用统一的门限进行多径判决。

搜索能量窗的合并有如下的优点：其一、由于1#天线和2#天线相距十倍(载频)波长以上，所以它们的衰落是独立的，能量窗合并在一起以后，初选多径的能量是两个能量窗中的最高的，因此从初选多径中选出的候选多径也是最佳的；其二、能量窗合并以后，噪声估计的样点数增加了约一倍，因此能提高噪声估计的准确性；其三、能量窗合并以后，从初选多径中判决候选多径时就可以采用统一的判决门限，因此选出的候选多径是最优的；其四、在能量窗合并判决技术的基础上可以采用多径提携方式以进一步提高多径搜索的性能。

请继续参阅图3所示，初选多径A和初选多径B具有相同(或距离小等于1/4码片)的相位，但是分别对应于不同天线，其中初选多径A的能量低于判决门限，初选多径B的能量高于判决门限，则初选多径A和B都将作为候选多径输出。在天线分集接收时，多径提携方式是门限判决的有益补充，其原理可以简单分析如下：当信号经过某条传输路径到达接收天线并且在1#天线的搜索能量窗中出现该条多径时，由于分集接收的两个天线之间的距离很近，2#天线也应该收到经过该条传输路径的信号，因此在2#天线的能量窗中的同相位(或相近相位)上如果有较高的相关能量峰值，则很有可能是条多径。当然，由于两天线的距离大于10倍信号波长，经过该条传输路径到达1#和2#天线的信号的衰落是独立的，因此2#天线的同相位位置有可能因衰落而不出现相关能量峰值。

最后，请参阅图4所示，搜索窗滑动单元根据候选多径得到的搜索窗滑动信号经过了硬限幅后才输出，因此每次的输出的搜索窗滑动相位P的绝对值界于窗最小滑动相位和窗最大滑动相位之间。这样做是基于以下事实：搜索窗滑动相位变化的周期(数十毫秒量级)远小于多径变化一个码片的周期(秒的量级)，因此每次的搜索窗滑动相位应该是很小的。设置搜索窗最小滑动相位能够消除搜索窗在小的范围内的正常抖动，设置搜索窗最大滑动相位能够消除搜索窗的剧烈滑动，从而改善多径搜索对多径的锁定性能。

本发明在多径分配单元中采用了多径匹配和保持的方式，首先将候选多径与当前各RAKE支路的多径进行匹配，如果候选多径A与当前RAKE支路B的多径的天线编号相同并且相位相差不超过1/4码片，则将候选多径A分配给RAKE支路B，然后对于尚未参与分配的每条RAKE支路，选择与其相位最接近的未分配的候选多径加以分配，直到分配完所有的候选多径。这种多径分配方法不但能够减少各RAKE支路的多径切换，而且能够使各支路的多径的相位变化最小，从而能够改善后续的支路解调和信道估计的性能。

采用本发明的多径搜索方法和装置在宽带CDMA上行链路中经过了仿真模拟，仿真平台是Synopsis公司的系统仿真软件Cossap，仿真结果验证了本发明有效性，即，在天线分集接收并采用除多径搜索以外其它结构完全相同相同的RAKE接收机时，相比采用现有的多径搜索器的RAKE接收机而言，采用了本发明的多径搜索器的RAKE接收机的性能有明显的提高。

Claims (8)

1、一种天线分集接收条件下的码分多址系统多径搜索方法，

该方法首先用两个匹配相关器分别对两路天线信号在相同的搜索窗范围内做相关运算，以得到两个搜索能量窗；

再将两个搜索能量窗作平滑处理；

其特征在于：

对经过平滑处理后的搜索能量窗加以合并；

对合并后的搜索能量窗进行判决，得到候选多径；

然后一方面多径分配单元将候选多径分配到各RAKE支路上，另一方面，候选多径信息再经搜索窗滑动处理后得到搜索窗滑动信号，该滑动信号再反馈，用以控制搜索窗的滑动。

2、如权利要求1所述的码分多址通信系统多径搜索方法，其特征在于，该方法进一步包含如下步骤：

a．在相同的搜索窗范围内，用两个匹配相关器分别对两路天线的输入信号和本地PN码进行相关运算，对于每路天线输入，将得到对应于搜索窗的每个搜索相位的一组相关能量值，即为该路天线的搜索能量窗；

b．对两路匹配相关器输出的搜索能量窗分别进行平滑处理，得到对应不同天线的平滑后的搜索能量窗；

c．多径更新时，选取当前平滑处理输出的对应于不同的接收天线两个搜索能量窗进行合并，在合并后的搜索能量窗中，使原来的两个搜索能量窗的搜索相位序号和各搜索相位上的能量信息保持不变，但在每个搜索相位上增加区分接收天线的天线编号信息；

d．从合并后的搜索能量窗中找出能量最强的一组初选候选多径，初选候选多径的信息包含多径的相位序号和对应的天线编号；

e．估计合并后的搜索能量窗的平均噪声，并进一步得到噪声门限；

f．采用多径提携和噪声门限相结合的判决方式对初选候选多径进行判决，得到包含多径的相位序号和对应的天线编号的候选多径；

g．用多径匹配和保持的方式将步骤f得到的候选多径信息分配给RAKE接收的各条支路；

h．搜索窗滑动单元利用步骤g得到的候选多径得到搜索窗的滑动信号，用硬限幅的方式处理该滑动信号，并将搜索窗滑动信号反馈，用以控制搜索窗的滑动。

3、如权利要求2所述的码分多址通信系统多径搜索方法，其特征在于，所述的步骤e中，在估计平均噪声时，先去掉合并后的搜索能量窗中的初选候选多径的相位和各条候选多径左右各一个码片内的相位，再将搜索能量窗中的其他相位的相关能量值进行平均。

4、如权利要求2所述的码分多址通信系统多径搜索方法，其特征在于，所述的步骤f中，噪声门限方式是根据噪声门限进行判决，如果某条初选候选多径的相关能量高于噪声门限，则该条初选候选多径作为候选多径，否则作为未入选的候选多径；

多径提携方式是对未入选的候选多径进行处理，如果某条通过门限判决得到的候选多径与该条未入选多径的相位相同但天线编号不同，则将该条未入选多径作为候选多径。

5、如权利要求2所述的码分多址通信系统多径搜索方法，其特征在于，所述的步骤g中，多径匹配是将候选多径与当前各RAKE支路的多径进行匹配，如果一候选多径与当前RAKE支路的多径的天线编号相同并且相位相差不超过1/4码片，则将该候选多径分配给RAKE支路；

保持方式是对于尚未参与分配的每条RAKE支路，选择与其相位最接近的未分配的候选多径加以分配，直到分配完所有的候选多径。

6、如权利要求2所述的码分多址通信系统多径搜索方法，其特征在于，所述的步骤h中，

硬限幅方式是设定搜索窗的最小滑动相位为1个码片，并设定搜索窗的最大滑动相位为W个码片，W的取值在1～10个码片；

根据候选多径的分布情况确定搜索窗滑动的相位，然后将该相位的绝对值与搜索窗的最小滑动相位和最大滑动相位相比较，如果介于两者之间，则输出该相位；

如果该相位的绝对值高于搜索窗的最大滑动相位，则输出搜索窗的最大滑动相位且与该相位取相同符号；

如果该相位的绝对值低于搜索窗的最小滑动相位，则输出为0。

7、如权利要求1-6中任一项所述的码分多址通信系统多径搜索方法，其特征在于，可以对两路以上天线输入的信号依次进行分集接收、相关运算、平滑处理、搜索能量窗的合并、多径判决，再分配至各RAKE支路。

8、一种天线分集接收条件下的码分多址系统多径搜索装置，其特征在于，该装置包含至少两匹配相关器单元、至少两搜索能量窗的平滑单元、一搜索能量窗的合并单元、一多径判决单元、一多径分配单元、一搜索窗滑动单元，

所述的两路或两路以上匹配相关器单元在相同的搜索窗范围内分别对两路或两路以上天线的输入信号和本地PN码进行相关运算，对于每路天线输入，得到对应于搜索窗的每个搜索相位的一组搜索能量窗；

所述的两路或两路以上搜索能量窗的平滑单元分别对输入的搜索能量窗进行平滑处理，得到平滑处理后的搜索能量窗；

所述的搜索能量窗合并单元将经平滑处理后、对应于不同天线的搜索能量窗进行合并；

所述的多径判决单元从合并后的搜索能量窗中筛选出候选多径；

所述的多径分配单元将候选多径分配给RAKE接收的各条支路；

所述的搜索窗滑动单元根据输入的候选多径计算得到搜索窗滑动信号并对该信号进行硬限幅，其输出分别反馈到各路匹配相关器和各路搜索能量窗的平滑处理单元。

Images