CN1423441A - 一种码分多址系统中信道估计装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种码分多址系统中信道估计装置,包括信道估计单元、信道补偿单元、多径合并单元,还包括存储器组、写存储器控制单元、读存储器控制单元和信道估计控制信号产生器:写存储器控制单元产生写时钟、写地址和写使能,将数据写入到存储器组中；存储器组包括若干存储器,存储从所述协存储器控制单元送出的数据；读存储器控制单元对存储器组中的存储器进行控制,将数据送给信道估计单元和所述信道补偿单元；信道估计控制信号产生器接收来自系统的参数,并将参数分配给其他单元使用；采用本发明所述装置,能更有效利用硬件资源,降低开发成本。而且不因多径数目或物理信道数目的增加而增加硬件资源,便于硬件开发中资源的充分利用。

Description

一种码分多址系统中信道估计装置

技术领域

本发明涉及通讯领域中码分多址(CDMA)系统，尤其涉及码分多址(CDMA)系统中信道估计与多径合并装置。

背景技术

目前，码分多址系(CDMA)正在世界各国迅速的取代现有的GSM系统而成为移动通讯的主流，在码分多址系统中，多径传输问题是一个非常突出的现象，多径传输是指调制的宽带信号从发射端到接收端经过不同的传播路径，多径传输具有两个特性：一是多径传播造成接收信号在时间上的扩展；二是在不同的多径具有不同衰落。更为重要的是，各个多径到达接收端的相位是随机的，因而不同相位的多径信号在接收端叠加在一起，信号的强度会出现快速的起伏，形成所谓的多径衰落现象。此外，在无线信道中还存在路径衰减、阴影衰落。这些衰落现象会大大降低接收机性能。为对付这些衰落造成的负面影响，普遍的一个思路是采用多径分集接收技术将这种多径信号分离后再加以合并，从而减小衰落，提高整个系统的性能。目前采用的RAKE接收机就可以完成这一功能，主要包括三大部分：多径搜索与跟踪、解调(解扩解扰)、信道估计与多径合并，实质上就是一种减小快衰落影响的时间分集接收技术，其做法是利用在时间上可分离的、具有相互独立信道衰落特性的多径信号，在完成信道估计和信道补偿的基础上进行多径信号合并，以抵消多径信道衰落对接收性能的影响。

多径搜索与跟踪单元对接收到的基带多径信号进行搜索、定时和跟踪，获得多径的相位，根据多径的相位，解扰解扩单元用本地扰码、扩频码和基带多径信号进行相关解扰解扩，还原出符号数字信号，通常称解扰解扩前的数据为码片(Chip)级数据，称解扰解扩后的数据为符号(Symbol)级数据。信道估计和信道补偿以解扰解扩单元输出的符号级数据为输入，每条径每条物理信道的数据并行地送给信道估计和多径合并单元，通常信道估计和补偿是利用时分插入的导频信道(上行接收)或者连续导频信道(下行接收)来完成，具体算法较多，但不论采用那种算法，其任务主要都是由三部分构成：1)信道估计，利用导频估计出无线信道传输特性；2)信道补偿，利用估计得到的无线信道特性对各物理信道进行相应补偿，一般的方法都需要作复数共扼相乘；3)多径时间上对齐合并，这部分工作主要消除多径间的时延差并通过合并获得增益。另外，无线信道传输特性是时变的，其变化速度的快慢与通讯环境紧密相关，在工程上普遍以近似的方法实现，即假定在一个极小时间段里信道特性是不变的，只需要在这个时间段内完成对信道特性的估计，根据信道估计结果对这段时间内的信道作相应的补偿，比如可以一个时隙更新一次估计值，在W CDMA中一个时隙时间为10ms/15。

由于每条径所经过的信道特征都是不同的，因此每条径需分别做信道估计；多径之间时延差的不同，多径合并时需要消除这些时延差，因此还需要对每条径数据进行缓存后合并处理；在一次通信过程中，可能同时存在多条物理信道，对每条信道都要作补偿。基于以上原因，目前的并行处理方法中，并行地对每条径作信道估计和信道补偿，补偿后各径对齐合并，由于采用并行处理，需要耗费大量硬件资源，主要表现在：每条径的每条信道都需要补偿，因此，当需要处理若干条径(如基站侧通常要求8条径)多条物理信道的接收时，采用并行处理的方法，信道估计和补偿单元的个数将急剧增加，以8条径3信道为例，需要24个信道估计和补偿单元，其中包含至少24个复数乘法器，48个加法器，资源耗费巨大；对于下行接收，软切换是不可避免的，这时需要对两个扇区同时接收，资源加倍。因此，目前的并行处理方法，对于多径和物理信道数目较少时，是比较简单直观的方法，但当多径或物理信道数目增加时，资源耗费巨大，成本急剧增加。

技术方案

本发明的目的是为了克服了现有技术中的多径或物理信道数目增加资源耗费庞大的缺点，通过降低多径或物理信道数目，以降低资源消耗并极大降低系统称本，解决处理若干条径若干条信道时的信道估计时分复用问题。

本发明的主要思想是：将解扰解扩后Symbol级输入的数据在一个信道估计值更新周期内进行二次缓存，第一次缓存目的是将并行到来的多径多信道串行化，然后分时进行信道估计，即将每条径的若干个物理信道解扰解扩数据分别存入存储器中，然后分时读出每条径的每条信道的数据，并对数据作信道估计、信道补偿、缓存处理；第二次缓存目的是补偿后对齐合并，即当所有径处理完后，再同时将缓存的数据读出作合并处理。这样，通过两次缓存实现分时复用和多径对齐。同时为节约存储器，两次缓存过程使用同一块存储器操作。根据这个思想，利用一个或几个信道估计、信道补偿、缓存处理电路就可以实现多径多信道的信道估计。

本发明提出的信道估计装置包括信道估计单元13、信道补偿单元14、多径合并单元16，还包括存储器组11、写存储器控制单元10、读存储器控制单元12、信道估计控制信号产生器15。

写存储器控制单元10产生写时钟、写地址和写使能，对解扰解扩单元输出的数据和补偿后的数据进行整合，整合后写入到所述存储器组11中。

存储器组11包括若干存储器，每一对存储器对应一条多径，不同信道对应不同的地址段；分别存储从所述协存储器控制单元10送出的复数信号的I、Q两路数据。

读存储器控制单元12对所述存储器组11中的存储器进行控制，为不同径不同信道产生一序列的时分的读使能和读地址，并将读出的数据放到所述存储器组11中的同一个输出寄存器，串成一串数据流送给所述信道估计单元13和所述信道补偿单元14；在所有信道均读完并将补偿后数据存回存储器后，在同一时刻再次读出所述存储器组11中所有存储器对中的数据，送给多径合并单元16；或者在开始最后一条径补偿的同时，对齐地读出前面各径的补偿后数据，与最后一条补偿后数据一起并行送给多径合并单元16。

信道估计单元13在每接收一个从所述信道估计控制信号产生器15发送来的径间中断信号时，利用数据流每径前端的导频符号完成一次信道估计过程，信道估计值保持到下一个径间中断信号来临，断轮流进行每条径的估计，输出信道估计值给信道估计补偿单元14。

信道补偿单元14以来自于所述读存储器控制单元12的解扰解扩后的数据流为输入，利用所述信道估计控制信号产生器15产生的信道间中断清零信号接收下一个信道的参数；利用所述信道估计单元13的信道估计值进行补偿处理。补偿后的数据流送给写存储控制单元作缓存。

信道估计控制信号产生器15利用系统同步信号产生信道估计所需的各种中断清零信号，以及其他协调各个单元定时关系所需的控制信号；接收来自系统的参数，并将参数分配给其他单元使用。

多径合并单元16以读控制单元并行读出的多径补偿后数据为输入，按一定的规则进行合并后输出多径合并后数据。

所述写存储器控制单元10对数据的整合进一步包括：每条径当前处理的周期解扰解扩数据和下一个周期补偿后数据存储在存储器对的一个存储器中，不同的物理信道对应不同的地址段，下一个周期的解扰解扩数据和第三个周期的补偿后数据存储在另一个存储器中，两者之间为交替关系。

所述存储器组11中每个存储器的容量由信道估计值更新周期确定，原则是能容纳该周期内一条多径中所有信道的数据。

所述存储器组11中各对存储器也可按一个信道一个存储器对来构造。

所述存储器组11中每一对存储器中的两个存储器的读写规则是乒乓规则，当一个存储器对应用于对某个周期数据的读写操作，另一个则进行下一个周期数据的读写操作。

所述读存储器控制单元12中的数据流顺序为：径1信道1、径1信道2… 径2信道1、径2信道2… 径n信道1、径n信道2….；数据流中信道1设定为含有信道估计所需导频符号的信道，比别的信道先从存储器中读出。

所述多径合并单元16按最大比合并的规则进行合并后输出多径合并后数据。

采用本发明所述装置，与传统并行处理相比，更加有效地利用了硬件资源，大大降低了开发成本。而且，不因多径数目或物理信道数目的增加而大量增加硬件资源，便于硬件开发中资源的充分利用。

附图说明

图1是本发明的系统结构图；

图2是本发明的数据处理流程图；

具体实施效果

下面结合附图对技术方案在WCDMA系统的实施作进一步的详细描述：

本发明所述装置基于扩频原理，在发射端每个符号(Symbol)按扩频因子(SF-Spreading Factor)的不同扩展为码片级数据，因此接收端解扰解扩之后的数据量减少为解扰解扩之前的1/SF，也就是说在SF个码片(Chip)时间段里，输出一个符号数据，如果采用8倍的码片时钟作处理时钟，在这样的时间段里，将有8×SF个处理时钟。本发明以信道估计值更新周期为处理周期，每个处理周期里对上一个周期缓存下来的数据进行处理，处理某条径某条信道的一个符号只占用一个8倍的码片时钟采样时钟周期，在下一个符号到来之前剩余的8×SF-1个时钟周期可以用来处理其他多径其它信道的符号级数据，因此对硬件资源复用率为8×SF，以最小扩频因之SF＝4为例，其复用率为32，通常存在扩频因子较大的控制信道如SF＝256，其数据量较少，有时钟周期余量用于多径合并。如果提高处理时钟，复用率更高。

本发明系统整体结构如图1所示，本装置以解扰解扩后所有径所有物理信道符号级数据为输入，以多径合并为输出，送译码单元。该装置包括：写存储器控制单元10、存储器组11、读存储器控制单元12、信道估计单元13、信道补偿单元14、信道估计控制信号产生器15、多径合并单元16。

所述写存储器控制单元10的目的之一是缓存解扰解扩数据，在一个信道估计值更新周期里，完成信道估计需要含有导频符号的信道的数据全部到达才能完成，而在同一条径中各个物理信道是并行到来的，因此需要对解扰解扩数据缓存一个处理周期；该单元目的之二是缓存补偿后的数据，因为采用了串行处理，不同径在不同时间段里完成补偿，每条径补偿后需要做对齐合并，因此，需要对补偿后的数据作缓存；该单元就是对写存储器进行控制，其功能是产生相应的写时钟、写地址和写使能，对解扰解扩单元输出的数据和补偿后的数据进行整合，整合后写入到存储器组中。具体是：每条径当前处理周期解扰解扩数据和下一个周期补偿后数据存入到存储器对的一个存储器中，不同的物理信道对应不同的地址段，下一个周期的解扰解扩数据和第三个周期的补偿后数据存入到另一个存储器中，交替进行；

所述存储器组11是这样构成的：根据需要处理最大物理信道数目，为每一条多径构造一对的存储器，每个存储器存储复数信号的I、Q两路数据，容量由信道估计值更新周期确定，原则是能容纳该周期内一条多径中所有信道的数据。每条多径都有一对这样的存储器，两个存储器按照乒乓规则进行读写，所谓乒乓规则就是说当一个存储器对应用于对某个周期数据的读写操作，另一个则进行下一个周期数据的读写操作。所有多径的上述的存储器对，就构成所需的存储器组11；需要说明的是，上述存储器组是每条径的对应一个存储器对，预先将地址划分为几段，不同信道对应不同的地址段，也可按一个信道一个存储器对来构造；

所述读存储器控制单元12对读存储器进行控制，是实现多径信号串行处理的关键单元，该单元实现功能之一是为不同径不同的信道产生一序列的时分的读使能和读地址，并将读出数据放到同一个输出寄存器，串成一串数据流送给信道估计和信道补偿单元，该数据流顺序为：径1信道1、径1信道2…—径2信道1、径2信道2….—径n信道1、径n信道2….；数据流中信道1设定为含有信道估计所需导频符号的信道，比别的信道先从存储器中读出来，其目的是完成信道估计后得到估计值后，再读出别的信道完成补偿，该数据流送给信道估计和信道补偿单元，通过信道间中断清零信号24、径间清零中断信号23的控制就能利用一套信道估计和信道补偿单元实现对所有多径处理；实现功能之二是在所有信道均读完并将补偿后数据存回存储器后，在同一时刻再次读出所有存储器对中的数据，此时读到的是补偿后数据送给多径合并单元16；或者在开始最后一条径补偿的同时，对齐地读出前面各径的补偿后数据，与最后一条补偿后数据一起并行送给多径合并单元16；

所述信道估计单元13以来自于来读存储器控制单元12的解扰解扩后的数据流作为输入，同时受来自于信道估值控制信号产生器15的控制信号控制，每来一个径间清零中断信号23时，利用数据流每径前端的导频符号完成一次信道估计过程，信道估计值保持到下一个径间清零中断信号23来临，轮流进行每条径的估计；利用信道估计控制信号产生器产生的多径间中断轮流进行每条径的估计，输出信道估计值给信道估计补偿单元14；

所述信道估计补偿单元14对以来自于来读存储器控制单元12的解扰解扩后的数据流为输入，利用信道估计控制信号产生器产生的信道间中断清零信号24接收下一个信道的参数；利用信道估计单元13的信道估计值进行补偿处理。补偿后的数据流送给写存储控制单元作缓存。

所述信道估计控制信号产生器15，利用系统同步信号产生信道估计所需的各种中断清零信号，比如径间中断信号23、信道间中断清零信号24，以及其他协调各个单元定时关系所需的控制信号；接收来自系统的参数如扩频因子，并将参数分配给其他单元使用；

所述信道估值多径合并单元16，以读控制单元并行读出的多径补偿后数据为输入，各径数据时间上已经对齐，按一定的规则进行合并后输出多径合并后数据；合并规则可以多种多样，比如最大比合并、选大合并等。

本发明装置中的各处理单元之间数据的流程实例如图2所示，其中信道估计值更新周期以一个时隙为周期，详细描述如下：

1.定时关系：同步信道的时隙同步信号200，由小区搜索单元得到；多径相位202介于同步信道的时隙同步信号200之后256Chip范围之内；信道估计的时隙间清零中断202，由同步信道的时隙同步信号200延时一定时间后得到，一般可以取256Chip；

2.解扰解扩后数据21：图中将其按时隙划分为段，每段为一个完整时隙；以某个时隙解扰解扩后多个物理信道并行数据211为例，是第一条径一个完整时隙的数据，其中并行地包含了多个信道数据；

3.写存储器控制单元整合后数据25与26：其中写存储器控制单元整合后数据25为对乒乓操作的存储器对中第一块存储器写入的数据，写存储器控制单元整合后数据26为对乒乓操作的存储器对中另一块存储器写入的数据。图中数据流251由多个物理信道并行数据211串行化得到，数据流251被读存储器控制单元12在下一个时隙快速读出为数据流221，补偿后得到补偿后数据252。

4.读存储器控制单元12从存储器中读数据，整合后得到数据流22和并行同时读出的多径补偿后数据27。其中22是在时隙中断202来临时，依次分别地从每条径中读出解扰解扩后数据，串成一串数据流，送给信道估计单元13与信道补偿单元14；多径补偿后数据27是在所有径补偿结束后同时从存储器重读出的并行的多径数据，送给多径合并单元16。

5.信道估计与信道补偿：对输入数据流22进行处理，在径间中断信号23来临时作一次信道估计，在信道间清零中断信号24来临时获取下一个信道的相关参数。补偿后的数据流送写存储器控制单元，整合后存入存储器。以22中的第一径多条信道串行数据流221为例，补偿并整合后得到补偿后数据流25中的数据流252。其中径间清零中断信号23、信道间清零中断信号24、相关参数由图1中信道估计控制信号产生器15产生。

总结以上描述，解扰解扩第一条径某个时隙的多信道数据211，经过写存储器控制单元整合为多信道串行数据流251存入存储器，在径间清零中断信号23来临后被读出，变为多径多信道串行数据流22中的数据流221，经过信道估计信道补偿和写控制整合后变为数据流252存入存储器，在所有径补偿结束后，被读出为并行多径数据271。其它各径，数据流程依次以这样的顺序进行，最后对并行读出的多径数据27进行对应位置合并即可。

通过上述数据流程实例可以看到，本发明提出的信道估计装置最大的特点是只需要相应增加一些存储器资源，就能使系统处理更多的多径和物理信道。具体就是，将增加的多径和物理信道的解扰解扩后数据存入到存储器中，信道估计控制信号产生器15多产生几个径间清零中断信号，一个时隙内多径多信道串行数据流也相应串的更长，只需一套信道估计和信道补偿单元，就能完成所有径和物理信道的信道估计任务。一套信道估计和信道补偿单元能处理得最大多径数目和物理信道数目，取决于两个因素，即系统使用的处理时钟和各信道的扩频因子。以W-CDMA为例，一个时隙2560个码片，上行处理两条信道，一条SF＝256的含有导频符号的控制信道，其符号数为2560/256＝10个，一条SF＝4数据业务信道，其符号数为2560/4＝640个，所以一条径一个时隙内需要处理的符号数位650个，考虑一些读写数据和算法上必要的处理延时，需要680个处理时钟来完成一条径的信道估计和补偿任务。如果采用8倍码片采样时钟(30.72MHz)作处理时钟，一个时隙内有2560*8＝20480个处理时钟，那么一套信道估计和补偿单元能完成的多径是20480/680＝30个，也就是说物理上只需要实现一套信道估计和补偿单元，它的处理能力是相当于30个信道估计和补偿单元。码分多址移动通信系统中，对于上行而言，移动用户数目的增加意味着多径数目的增加；对于下行而言，高速数据业务需要增加物理信道的数目，软切换功能需要增加多径数目，本发明解决了多径数目和物理信道数目增加时的信道估计硬件资源耗费庞大的问题，有利于降低系统成本。

Claims (8)

1、一种码分多址系统中信道估计装置，包括信道估计单元(13)、信道补偿单元(14)、多径合并单元(16)，其特征在于，还包括存储器组(11)、写存储器控制单元(10)、读存储器控制单元(12)和信道估计控制信号产生器(15)：

所述写存储器控制单元(10)产生写时钟、写地址和写使能，对解扰解扩单元输出的数据和补偿后的数据进行整合，整合后写入到所述存储器组(11)中；

所述存储器组(11)包括若干存储器，每一对存储器对应一条多径，不同信道对应不同的地址段；分别存储从所述协存储器控制单元(10)送出的复数信号的I、Q两路数据；

所述读存储器控制单元(12)对所述存储器组(11)中的存储器进行控制，为不同径不同信道产生一序列的时分的读使能和读地址，并将读出的数据放到所述存储器组(11)中的同一个输出寄存器，串成一串数据流送给所述信道估计单元(13)和所述信道补偿单元(14)；在所有信道均读完并将补偿后数据存回存储器后，在同一时刻再次读出所述存储器组(11)中所有存储器对中的数据，送给多径合并单元(16)；或在开始最后一条径补偿的同时，对齐地读出前面各径的补偿后数据，与最后一条补偿后数据一起并行送给多径合并单元(16)；

所述信道估计单元(13)在每接收一个从所述信道估计控制信号产生器(15)发送来的径间中断信号时，利用数据流每径前端的导频符号完成一次信道估计过程，信道估计值保持到下一个径间中断信号来临，不断轮流进行每条径的估计，输出信道估计值给信道估计补偿单元(14)；

所述信道补偿单元(14)以来自于所述读存储器控制单元(12)的解扰解扩后的数据流为输入，利用所述信道估计控制信号产生器(15)产生的信道间中断清零信号接收下一个信道的参数；利用所述信道估计单元(13)的信道估计值进行补偿处理。补偿后的数据流送给写存储控制单元作缓存；

所述信道估计控制信号产生器(15)利用系统同步信号产生信道估计所需的各种中断清零信号，以及其他协调各个单元定时关系所需的控制信号；接收来自系统的参数，并将参数分配给其他单元使用；

所述多径合并单元(16)以读控制单元并行读出的多径补偿后数据为输入，按一定的规则进行合并后输出多径合并后数据。

2、根据权利要求1所述的码分多址系统中信道估计装置，其特征在于，所述写存储器控制单元(10)对数据的整合进一步包括：每条径当前处理的周期解扰解扩数据和下一个周期补偿后数据存储在存储器对的一个存储器中，不同的物理信道对应不同的地址段，下一个周期的解扰解扩数据和第三个周期的补偿后数据存储在另一个存储器中，两者之间为交替关系。

3、根据权利要求1所述的码分多址系统中信道估计装置，其特征在于，所述存储器组(11)中每个存储器的容量由信道估计值更新周期确定，原则是能容纳该周期内一条多径中所有信道的数据。

4、根据权利要求1所述的码分多址系统中信道估计装置，其特征在于，所述存储器组(11)中各对存储器也可按一个信道一个存储器对来构造。

5、根据权利要求1所述的码分多址系统中信道估计装置，其特征在于，所述存储器组(11)中每一对存储器中的两个存储器的读写规则是乒乓规则，当一个存储器对应用于对某个周期数据的读写操作，另一个则进行下一个周期数据的读写操作。

6、根据权利要求1所述的码分多址系统中信道估计装置，其特征在于，所述读存储器控制单元(12)中的数据流顺序为：径1信道1、径1信道2…径2信道1、径2信道2…径n信道1、径n信道2….；数据流中信道1设定为含有信道估计所需导频符号的信道，比别的信道先从存储器中读出。

7、根据权利要求1所述的码分多址系统中信道估计装置，其特征在于，所述多径合并单元(16)按最大比合并的规则进行合并后输出多径合并后数据。

8、根据权利要求1所述的码分多址系统中信道估计装置，其特征在于，所述多径合并单元(16)按选大合并的规则进行合并后输出多径合并后数据。

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