CN1449142A

CN1449142A - 码分多址系统中多用户多径搜索时求取相关值的方法和装置

Info

Publication number: CN1449142A
Application number: CN02111200A
Authority: CN
Inventors: 章苗; 曹鹏志; 曹峥; 沈东�
Original assignee: Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-15
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: CN1228938C

Abstract

一种码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的方法和装置，其方法为：将输入数据以正常速度顺序送入数据缓存单元的写入端，使缓存单元中始终保存有最新输入的一段数据，然后利用高倍工作钟从数据缓存单元中多次读取对应于不同用户的合适数据送入相关器阵列中和本地PN码进行滑动相关，获得各用户多径搜索所需的所有相位上的相关值，按一定算法进行比较就能确定各用户的多径，从而完成不同接入用户的多径搜索。本发明提供了一种快速求取各相位上相关值的方法和装置，其中数据缓存机制以及与缓存单元相配合的N×R的相关矩阵结构保证了该装置在计算大量相关结果时具有速度快且资源利用高的特点，尤其适用于处理较多用户接入时的多径搜索。

Description

码分多址系统中多用户多径搜索时求取相关值的方法和装置

一、技术领域

本发明涉及码分多址移动通信系统，具体的说，是码分多址通信系统中对多用户进行多径搜索时求取相关值的一种方法和装置。

二、背景技术

在码分多址系统中接收端是通过解扩恢复出发送数据，解扩正确的前提是接收端和发送端之间建立起精确的同步，这种同步不仅包括接收端和发送端的定时同步，也包括信号经过信道传输产生的路径延时的检测。由于无线通信信道是一种多径衰弱信道，经过这种信道传播的信号会产生多径延时，每一径具有不同的传输延时和衰弱。对抗多径衰弱一个有效的方法是RAKE(多径机)接收，即将各径信号分别解调，再根据各径延时和衰弱进行校正后合并。RAKE接收前必须通过多径搜索来获得多径的相位以获得同步。而对于上行链路中的基站而言，需要和多个用户建立连接，所以基站的多径搜索是针对多用户的。

多径搜索即通过将本地PN码(伪随机码)与用户输入数据在不同相位上进行相关、然后比较各相位上的相关能量信息来捕获输入用户数据的相位。无线信道的特性导致了多径的幅度和位置会经常剧烈变化，因此对多径搜索的实时性要求比较高，希望能在较短时间内给出多径搜索的结果，而当需要对接入的多个用户进行多径搜索时，就希望处理电路能提供更高的速度或者规模。由于搜索电路的大部分时间是用于求取各相位上的相关值，所以求取相关值的方法和装置方案的选择对于多径搜索的速度和规模的优化是很关键的。

多用户多径搜索中求取相关值的一般方法为：利用高于数据速率的工作钟直接对输入数据并行处理，假设工作时钟是数据速率的16倍，则当用户数目小于等于16时，需要M个相关器就够了(假设每个用户总共要求在M个位置上做相关)，但当接入用户超过16个时(一个基站一般要求具备同时接入60个用户的能力)，按这种并行处理方式就必须同时做多套相同的电路，这样电路规模将会成倍增加。

中国专利申请号为0111563、发明名称为“码分多址通信系统多径搜索的方法与装置”所公开的是：利用一种可以变化的自适应门限技术，将经过相关运算后的相关值输出到一多径搜索控制器进行搜索，处理相关运算结果。但是关于如何计算相关结果，其沿用了上述的常用方法，即直接将PN码和输入信号作相关运算，因此，该多用户多径搜索中求取相关值的方法仍然没有考虑较多用户接入时在规模和速度上的可实现性。

三、发明内容

本发明的目的是针对现有技术中多用户多径搜索求取相关值的电路规模过大的问题，提出了一种码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的方法和装置。

本发明所提供的一种码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的方法，其特点是：设定多径搜索的搜索精度为1/N码片(chip)、搜索范围为0～(R-1)码片，将输入数据以正常速度顺序送入数据缓存单元的写入端，使缓存单元中始终保存有最新输入的一段数据，然后利用高倍工作钟从数据缓存单元中先后针对不同用户读取合适的数据送入相关器阵列中和本地PN码(伪随机码)进行滑动相关，对应获得每个用户多径搜索所需的所有相位上的相关值，从而完成不同接入用户的多径搜索。

在上述的码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的方法中，数据缓存单元的写入端一直以用户数据的传输速率写入数据，每个码片上的N个采样数据存放于同一地址，送给相关阵列的数据以高倍工作时钟从缓存单元中读出，每个地址上读出的数据按存储格式分成N个采样数据分送至相关器阵列的各相关模块中。

在上述的码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的方法中，相关器阵列采用移码不移数的滑动相关法，即一数据序列和不同延时的PN码序列作相关，该阵列采用与缓存单元相配合的N×R的矩阵阵列，在所有需要求相关值的位置上进行复乘累加运算。

在上述的码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的方法中，所使用的复乘累加运算采用了简化方法来实现，即在不影响各相位相关能量信息比较的前提下将所需的相关结果都乘上一个复数因子α，α＝[(1+j)/2]，从而降低了运算复杂度，使复乘累加单元的硬件实现规模减小了一半。

本发明还提供了一种码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的装置，其特点是：该装置主要包括一数据缓存单元、一本地PN码发生器和一包含N个相关模块的相关器阵列，其中：数据缓存单元用来缓存输入的用户数据；本地PN码发生器用于产生和用户数据相关用的本地PN码序列；相关器阵列，由N个相关模块组成，分别用于完成该用户偏移为i+(n-1)/N chip位置上的相关运算，其中n依次为1、2、…、N，0≤i≤R-1。从缓存单元读出的用户数据和从本地PN码发生器生成的PN码作N×R个相位上的复乘累加运算，从而获得该用户各相位上的相关值，这些相关值输出后按一定算法处理就能确定该用户的多径。

上述的码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的装置，其中，数据缓存单元由双口ram实现，用户数据从缓存单元的写入端送入，每个码片上的N个采样数据存放在双口ram(随机读取存储器)的同一地址上，每个地址上读出的数据分成N份分别送给相关阵列中的N个相关模块。

上述的码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的装置，其中，相关模块包括R-1个寄存器和R个复乘累加单元，其中R-1个寄存器依次相连组成一条长为R的延时线，延迟线上的R个抽头分别连接一个复乘累加单元，用于计算R个依次相隔1码片相位的相关值。

上述的码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的装置，其中，复乘累加单元包括一个输入选择器和与其相连的两个加/减法器，两个加/减法器分别用来求相关结果的实部和虚部。

采用本技术解决方案，输入的用户数据不直接送去和PN码进行相关运算，而是先将其送入缓存单元，利用高倍时钟从缓存单元中读出的同一码片上的N个采样数据分送成N路和本地PN码进行滑动相关运算，求出所有相位上的相关值。与现有技术相比，本发明速度快并且硬件资源使用少，例如，当用户数目小于等于16时，本发明使用相同规模的硬件资源，但是对于每个用户而言，完成一次搜索的时间要短很多；当用户数目大于16时，本发明不需要增加电路规模，依然只需要M个相关器，而且每个用户完成一次搜索所需的时间也不会增加，只是完成所有用户的搜索时间因为用户数目的增加而有相应增加，而这个时间一般是不会超过搜索要求的(比如要求一帧内完成对60个用户的一次多径搜索)。所以本发明是一种快速且节省资源的计算相关结果的方法和装置，尤其适用于处理较多用户的多径搜索。

(4)附图说明

附图1是本发明求取相关值装置的结构框图；

附图2是图1中的数据缓存单元的结构框图；

附图3是图1中的复乘累加单元的结构框图。

(5)具体实施方式

一)本发明以WCDMA系统中多用户多径搜索求取相关值装置为例进行说明。

先定义下文将使用的参数：多径搜索的精度为1/N chip(码片)、搜索范围为0chip～R-1chip(共R个chip)、其中，N、R分别为自然数，电路工作时钟为C倍chip钟，搜索长度为L个时隙。

如图1所示，该装置包括一个PN码发生器501、一个数据缓冲单元201以及N个相关模块101组成的相关器阵列。WCDMA中的多径搜索是利用DPCH(专用物理信道)中DPCCH(专用物理控制信道)的导频符号部分进行的，3Gppl(第三代移动通信系统协作发展组织1)中对上行专用物理信道是这样定义的：一帧分为15个时隙，一个时隙分为10个symbol(符号)，一个symbol的长度为256个chip(码片)，而对于上行DPCCH，最常用的时隙格式是每时隙中前6个symbol为导频符号。下面是多用户多径搜索求取相关值装置的具体描述：

1、数据缓存单元201：该单元用于缓冲一定长度的输入数据，为相关器阵列提供适当的数据输入，用双口ram(随机读取存储器)实现。我们将N倍chip速率采样的串行输入数据先送入该缓存单元中，每个码片上的N个采样数据存放在同一地址上，然后以高倍工作时钟从缓存中读数，每个读地址上读出的数据分成N份分别送给相关阵列中的N个相关模块101。该装置主要有两个特点：1)慢写快读，慢写快读的缓冲方式主要有以下好处：一般情况下，电路内部的工作时钟都远大于输入数据的速率，使用慢写快读的方法可以使相关运算的速度不再受限于数据串行输入的速度，同时也提高了输入数据的利用率，非常适合处理多用户的搜索要求；2)具有串/并转换的功能，串并转换的处理是为了给相关器阵列提供适当的数据输入，其功能是将输入的N倍chip速率的串行数据转化为N路C倍chip速率(电路内部工作时钟为C倍chip速率)的数据并行输出，输出的各路数据之间相位依次相差1/N chip，每一路可以为一个相关模块提供数据输入。关于缓冲单元装置规模的考虑：选用的缓冲单元最大容量可存储(L+0.6)个时隙的按N倍chip速率采样的数据(其中，L＝搜索时隙数)，如此的缓存量可以保证无论用户取怎样的偏移、并可以在缓冲单元中找到完整的从时隙头开始、连续(L-0.4)时隙上的用户数据。因为多径搜索是利用DPCCH上的导频符号部分进行的，而对于上行DPCCH，最常用的时隙格式是每时隙中前6个symbol为导频符号，1个时隙有10个symbol，并且要求的搜索长度为L个时隙，所以至少需要(L-0.4)个时隙的有效数据，再考虑到用户可能的最大偏移，所以缓冲长度至少应该为(L+0.6)个时隙。至于在读取数据时，数据缓存单元中存储的数据对于当前用户来说可用的到底是哪几个时隙，是可以确定的计算出来。

2、相关器阵列：相关器阵列通过用户数据与PN码序列在一定范围内的相关累加得到该用户在不同相位延时上的相关值。如图1所示，相关器阵列部分包括N个相关模块101。相关模块101是长度为R的延时相关电路，包括R-1个寄存器401，有R个抽头，每个抽头上带一个复乘累加单元301，用于并行计算R个相位上的相关值。这样由N个相关模块组成的相关器阵列装置共能完成N×R个相位上的相关值计算。其工作过程描述如下：从数据缓存单元101读出的数据分成N路分别送到1至N个相关模块，PN码发生器501生成的PN码序列送到各相关模块的延时线的最左端，第n个相关模块对应的用于完成偏移为i+(n-1)/N chip相位上的相关运算，0≤i≤R-1，其中1≤n≤N。相关模块采用延码不延数结构，将PN码送到了延时线上是出于节省资源的目的，因为一般情况下，数据序列的数据宽度要比PN码序列的数据宽度大的多。

3、复乘累加单元301：在相关器阵列中一个复乘累加单元对应完成一个相位上的相关运算，其具体实现结构如图3所示，复乘累加单元包括一个输入选择器302和与其相连的两个加/减法器303。该单元在实现过程中使用的一些技巧能大大简化电路规模。具体描述如下：相关运算的数学表达式为其中m＝Npilot×256，Npilot为导频个数，(I_D+jQ_D)为输入数据，(I_S+jQ_s)为PN码和导频异或后的码。由于我们是通过比较各相位上的相关能量信息来捕获输入用户数据的相位的，所以我们关心的是相关值的模值之间的相对大小关系，而不是相关值的绝对大小，所以我们考虑将相关值都乘上一个复数因子α来简化这个运算，乘上一个复数因子是不会影响各位置上相关结果模值间的相对大小的。

当α＝1时：

I_D、Q_D为6bit宽，I_s、Q_s∈(1、-1)；

当α＝[(1+j)/2]时：

我们通过列表来说明在I_s、Q_s各种取值情况下S和S_简化之间的区别：

比较上面表格中I_s、Q_s各种不同取值的情况下S和S_简化的区别，可以看到，简化后的表达式变得非常简单，从硬件实现角度来看，S的实现需要四个加减可选的加法器，而S_简化的实现只需要两个加减可选的加法器，规模上减小了一半。由于多径搜索相关阵列其实就是多个复乘累加运算结构的例化，在N×R个位置上求相关就需要N×R个复乘累加单元，所以复乘累加单元规模减小对于整个相关器阵列规模的减小起到了至关重要的作用。

二)本发明以WCDMA系统中多用户多径搜索求取相关值方法为例进行说明。

1、用户数据以正常速度顺序写入数据缓存单元，每chip上的N个采样数据存放在缓存单元的同一个地址上，缓存单元中始终保存有最新输入的一段数据(该数据长度取决于缓存单元的容量)；

2、针对某接入用户从缓存单元中读取该用户多径搜索所需的数据，读数时钟采用高倍工作钟(C倍chip钟)，每个地址上读出的数据分N个采样数据分送给相关器阵列的N个相关模块，和本地PN码进行滑动相关，求取该用户N×R个相位上的相关值，N个相关模块分别用于完成该用户偏移为i+(n-1)/N chip位置上的相关运算，其中n依次为1、2、…、N，0≤i≤R-1。在相关模块中R个抽头上进行复乘累加运算，依次得到偏移相隔一个码片的相位上的相关值，该运算不是将PN码和用户数据直接进行复乘累加，而是在不影响各相位上能量信息比较的前提下将相关结果乘上了一个复数因子α(α＝[(1+j)/2])，从而简化了复乘累加的运算，节省了资源，方便了实现；

3、获得该用户的所有相位上的相关值后我们再回到上面的第二步，针对下一个用户求其多径搜索所需的所有相位上的相关值。至于这些求得的相关值将被送去用于比较各相位上的相关能量信息，从而确定该用户的多径信息，完成该用户的多径搜索；

4、依上步骤就能依次求得所有接入用户的所有相位上的相关值，依次完成所有接入用户的多径搜索。

综上所述，本发明主要特点是不直接将用户数据用于多径搜索，而是多径搜索之前先将用户数据缓存，然后利用高倍钟多次使用缓存中的数据用于不同用户的多径搜索。在数据缓存器的写入端输入数据一直以正常速度串行存入，缓存器中始终保存有最新输入的一段数据(该数据长度取决于缓存单元的容量)，同时利用高倍工作钟从缓存器选取合适的一段数据读出送入相关器阵列中和本地PN码进行滑动相关以完成不同接入用户的多径搜索。数据缓存器的容量根据系统要求的搜索精度和搜索速度而确定，该容量必须保证缓存中的数据可供所有用户完成一定搜索长度的搜索。其中相关器阵列采用移码不移数的方法以及采用与缓存单元相配合的N×R的相关矩阵结构保证了该装置在计算大量相关结果时具有速度快且资源利用高的特点。尤其适用于处理较多用户接入时的多径搜索。

Claims

1.一种码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的方法，其特征在于：首先设定多径搜索的搜索精度和搜索范围，即：搜索精度为1/N码片，搜索范围0～(R-1)码片，其中，N、R分别为自然数，然后将输入数据以正常速度顺序送入数据缓存单元的写入端，使缓存单元中始终保存有最新输入的一段数据，再利用高倍工作钟从数据缓存单元中先后针对不同用户读取合适的数据送入相关器阵列中和本地PN码进行滑动相关，对应获得每个用户多径搜索所需的所有相位上的相关值，从而完成不同接入用户的多径搜索。

2.如权利要求1所述的码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的方法，其特征在于，数据缓存单元的写入端一直以用户数据的传输速率写入数据，每个码片上的N个采样数据存放于同一地址，送给相关阵列的数据以高倍工作时钟从缓存单元中读出，每个地址上读出的数据按存储格式分成N个采样数据分送至相关器阵列的各相关模块中。

3.如权利要求1所述的码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的方法，其特征在于：所述的相关器阵列采用移码不移数的滑动相关法，即一数据序列和不同延时的PN码序列作相关，该阵列采用与缓存单元相配合的N×R的矩阵阵列，在所有需要求相关值的位置上进行复乘累加运算。

4.如权利要求3所述的码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的方法，其特征在于：所使用的复乘累加运算采用简化方法来实现，即在不影响各相位相关能量信息比较的前提下将所需的相关结果都乘上一个复数因子α，α＝[(1+j)/2]，以降低复乘累加运算的复杂度。

5.一种码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的装置，其特征在于：该装置主要包括一数据缓存单元、一本地PN码发生器和一包含N个相关模块的相关器阵列，其中：

数据缓存单元用来缓存输入的用户数据；

本地PN码发生器用于产生和用户数据相关用的本地PN码序列；

相关器阵列，由N个相关模块组成，分别用于完成该用户偏移为i+(n-1)/N码片位置上的相关运算，其中n依次为1、2、…、N，0≤i≤R-1，其将缓存单元读出的用户数据和从本地PN码发生器生成的PN码作N×R个相位上的复乘累加运算，获得该用户各相位上的相关值，从而按已有算法处理就能确定该用户的多径。

6.如权利要求5所述的码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的装置，其特征在于：所述的数据缓存单元由双口ram实现，用户数据从缓存单元的写入端送入，每个码片上的N个采样数据存放在双口ram的同一地址上，每个地址上读出的数据分成N份分别送给相关阵列中的N个相关模块。

7.如权利要求5所述的码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的装置，其特征在于：所述的相关模块包括R-1个寄存器和R个复乘累加单元，其中R-1个寄存器依次相连组成一条长为R的延时线，延迟线上的R个抽头分别连接一个复乘累加单元，用于计算R个依次相隔1码片相位的相关值。

8.如权利要求5所述的码分多址系统多用户多径搜索时求取相关值的装置，其特征在于：所述的复乘累加单元包括一个输入选择器和与其相连的两个加/减法器，两个加/减法器分别用来求相关结果的实部和虚部。