CN1452823A - 用于码分多址通信系统的匹配滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于具有互补特性的扩频码字的匹配滤波器。它包括第一存储器和第二存储器，第一移位寄存器，第一累加器，第二累加器，第二移位寄存器和处理器。它利用码字的互补性，充分体现这种码字的理想相关性。根据本发明的匹配滤波器改进了码字性能，使其更适应于同步CDMA通信系统同步捕获的要求。

Description

用于码分多址通信系统的匹配滤波器 技术领域
本发明涉及一种码分多址 （CDMA ) 通信系统的接收设备， 特别涉及 一种用于 CDMA通信系统的匹配滤波器。
发明背景
众所周知， 码分多址 CDMA技术已被公认为第三代移动通信的基本技术， CDMA 通信系统由于具有大容量、 软容量、 软切换、 高话音质量和低发射功率 以及抗干扰和保密等独特的优势使它得以迅速发展。
在 CDMA通信系统中， 由于发射端发送的信息是经过特定的扩频码扩频之 后的信号， 因此要在接收端将信息解调出来， 需要将接收到的信息乘上一个 与发送端所发送的相同的扩频码， 这就要求发送端扩频码字与接收端扩频码 字实现位同步。 同步捕捉装置就是用来解决这个问题的。
CDMA 是一种以扩频通信为基础的调制和多址连接技术。 在 CDMA 通信系 统中， 不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分， 而 是用各自不同的编码序列来区分。 接收机用相关器可以在多个 CDMA信号中选 出使用预定码型的信号。 其它使用不同码型的信号因为与接收机本地产生的 码型不同而不能被解调。
通常在 CDMA系统中， 无论是基站发射机或移动台发射机均用扩频码对传 输的数字信息扩展频谱， 而接收机利用本地扩频码对扩频信号相关解扩， 解 出有用的信息。 同步就是要实现本地扩频码与接收到的扩频码在结构上、 频 率和相位上完全一致。 CDMA 系统除了有一般的数字通信系统的载波同步、 位 同步、 帧同步外， 扩频码的同步是它所特有的。 因此， 扩频系统的同步问题 比一般的数字通信系统更为重要。
一般说来， 在发射机和接收机中采用高精度和高稳定度的时钟频率源， 可以去掉许多频率和相位的不稳定性。 但是， 由于客观^存在着许多事先无 法估计的不确定因素， 尤其是在移动通信中， 这些不确定因素都带有随机性， 不能预先补偿， 只能通过同步系统来消除。 因此， 同步系统在 CDMA 系统中是 不可缺少的， 而且是非常重要的。
图 1示出了现有技术的 CDMA系统的同步捕捉装置的结构。 如图 1所示， 常规的 CDMA系统的同步捕捉装置包括天线 11、 准同步检测器 12、 A/D转换器 13、 本地扩频码字产生器 141、 相关器 142、 存储器 15、 电平检测器 16。 该 装置正确地估计接收到的信息的扩频码字的相位信息， 作为接收端解扩的时 间基准。 其中， 天线 11 用于接收由发送端发送来的信号； 准同步检测器 12 将接收到的信号变为基带信号； A/D转换器 1 3 4巴基带信号变换为数字信号； 本地扩频码字产生器 141为相关器 142产生相关运算的扩频码字； 相关器 142 用于计算 A/D变换后的数字信号与本地产生的扩频码字的相关值； 存储器 15 用于存储相关器输出的相关值， 其存储长度为扩频码字的一个周期； 电平检 测器 16用来检测此周期中的最大相关值， 由此确定扩频码字的定时。
图 1中的相关器 142可以是滑动相关器或匹配滤波器。 对于滑动相关器， 它将接收码元进行存储， 与本地产生的扩频码字进行对位的相乘运算， 将一 个扩频码字周期的相乘结果进行相加， 在每个码片 （ch i p )后， 将本地产生 的扩频码字按位进行移位， 仍然进行相乘运算与相加运算， 并将相加结果输 出。
相关器 142 的另外一种实现方式是匹配滤波器。 它将本地产生的一个周 期的扩频码字存储起来， 与输入信号作相关运算。
图 2是传统匹配滤波器的结构图。 参见图 2 , 该匹配滤波器包括 N位长的 移位寄存器 21、 N位长的本地扩频码字存储器 22和累加器 23。 移位寄存器 21 存储输入的信号， 在每个码片之后进行一次向右的移位； N位长的本地扩频码 字存储器 22， 它从左到右依次存放本地扩频码的第 N位、 第 N-1位 ... 第 1 位， 它与存放在移位寄存器 21 中的信号进行对位的相乘运算； 累加器 23将 每个相乘的结果进行相加， 并将结果即相关值输出。
在申请号为 PCT/CN00/00028、 发明人为李道本、 发明名称为 "一种具有 零相关窗的扩频多址编码方法" PCT专利申请中， 公开了一种具有零相关窗的 扩频多地址码， 称为 LS码， 由于 LS码由 C码和 S码二部分组成， 因此又称 为 CS码。 LS码的生成方法在 PCT/CN00/00028 中有详细描述， 在此从略， 引 用该文件在此作为参考。
当通信系统采用的扩频码字是采用由具有正交互补性的两个码， 两个码 中间补零的方式构成时， 比如 PCT/CN00/00028专利申请中披露的具有 "零相 关窗" 的扩频多地址码（由于这种码字的特殊互补特性， 滑动相关器和传统的 匹配滤波器的结构不再适合它的相关运算的要求， 因此， 需要一种新型的相 关器来实现所要求的相关运算。
在 PCT/CN00/00028 专利申请中给出的这种新的扩频多地址码的编码方 法， 根据该方法所形成的扩频多地址码具有 "零相关窗" 的相关特性， 即在 零相关窗内各地址码间的互相关函数没有副峰， 从而消除多址干扰（MAI )及 符号间干扰 USI ), 使其对应的双向同步码分多址 （CDMA ) 系统不存在传统 码分多址（CDMA ) 系统致命的 "远近效应"， 为建立起大容量的无线数字通信 系统奠定基础。 上述的具有 "零相关窗" 的扩频多地址码具有以下两个特点： 第一， 各个扩频地址码的自相关函数除原点外处处为零， 即其具有最理 想的特性。 从正交性的观点来讲， 各扩频地址码与其自身除零相对时延处外, 对任何非零相对时延都完全正交。
第二， 扩频地址码间的互相关函数在原点附近存在一个零相关窗口。 从 正交性观点讲， 各扩频地址码之间在相对时延小于该零相关窗口的宽度时是 完全正交的。
由于在 PCT/CN00/00028专利申请的扩频多址编码方法中利用两个正交的 同步衰落的传输信道， 分别传输两組扩频地址码， 该两组扩频地址码的性盾 在运行时相反相成， 从而使其相关特性具有零相关窗特性， 即在零相关窗内 各地址码间的相关函数及互相关函数没有副峰。 而正是由于该种独特的扩频 码特性， 使得现有技术中的滑动相关器或匹配滤波器不再适合正交互补特性 的扩频地址码的同步捕获。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题和缺陷， 本发明的目的在于提供一种 应用于码分多址（CDMA ) 通信系统的匹配滤波器， 依本发明设计的匹配滤波 统。
本发明提供的匹配滤波器， 它在现有的匹配滤波器结构的基础上加以改 一种用于码分多址通信系统的匹配滤波器， 其特征在于，包括：
第一存储器和第二存储器， 分别存储构成本地扩频码的两个具有互补特 性的码字；
第一移位寄存器，用于对输入信号进行移位；
第一累加器，用于将第一移位寄存器中的输入信号与第一存储器中所存储 码字的对位相乘结果，进行相加；
第二累加器，用于将第一移位寄存器中的输入信号与第二存储器中所存储 码字的对位相乘结果，进行相加；
第二移位寄存器，用于移位第一累加器的输出；
处理器，用于将第二移位寄存器的输出与第二累加器的输出进行处理。 通过采用本发明设计的这种匹配滤波器， 一方面解决了现有技术中的匹 配滤波器或滑动相干器不能适用于使用 "零相关窗" 特性扩频码的码分多址 通信系统的问题， 另一方面也充分实现了这种 "零相关窗" 正交互补码组的 特性。 通过下面的实施方式和附图的描述， 本发明的其他目的和特征将变得 更加清楚， 附图中相同的标号表示相同的或类似的部件。
作为本发明的一部分的附图和本说明一起用于说明本发明的实施例， 用于 解释本发明的原理。 附图说明
图 1示出了现有技术的 CDMA系统的同步捕捉装置的结构。
图 2示出了一传统匹配滤波器的结构图。
图 3示出了根据本发明第一实施方式的匹配滤波器的结构框图。
图 4示出了 居本发明第二实施方式的匹配滤波器的结构框图。
图 5A示出了 居本发明第一实施方式的匹配滤波器的自相关输出； 图 5B示出了 据本发明第二实施方式的匹配滤波器的自相关输出； 图 6 A示出了 居本发明第一实施方式的匹配滤波器的互相关输出； 图 6B示出了 居本发明第二实施方式的匹配滤波器的互相关输出。
具体实施方式
第一实施方式
图 3 示出了才艮据本发明第一实施方式的匹配滤波器的结构框图。 本实施 方式的匹配滤波器的实现是以 LS 码为例进行描述。 关于 LS 码， 可参见 PCT/CN00/00028中的详细描述。
假设系统采用的扩频码由前 N位 C码， 后 N位 S码， 中间补 N位 0构成。 根据本发明的匹配滤波器包括： 长度为 N 的用于移位输入信号的第一移位寄 存器 31、 长度为 N的用于存储本地扩频码 C码的第一存储器 32、 长度为 N的 用于存储本地扩频码 S码的第二存储器 33、 第一累加器 34、 第二累加器 35、 长度为 2N的第二移位寄存器 36和加法器 37。 其中， 第一移位寄存器 31用于 存储输入信号并在每个码片后移入一个接收信号； 第一存储器 32用于存储本 地扩频码字 C码， 其存储方式为自左向右依次为： 第 N位、 第 N-1位、 、 第 1位； 第二存储器 33用于存储本地扩频码字 S码， 其存储方式为自左向右 依次为： 第 N位、 第 N-l位、 、 第 1位； 第一存储器 32与第一移位寄 存器 31 进行对位相乘运算， 第一累加器 34将各位相乘结果进行相加； 第二 存储器 33与第一移位寄存器 31进行对位相乘运算， 第二累加器 35将各位相 乘结果进行相加； 第一累加器 34的计算结果输入移第二移位寄存器 36 , 使之 延迟 2N后输出。 该第二移位寄存器 36的作用是使 C码与输入 C，码的相关值 与对应的 S码与 S，码相关值同时处理； 加法器 37将第二移位寄存器 36的输 出与第二累加器 35 的结果相加， 求出整个码字的相关值。 这种滤波器计算出 的结果为输入信号与本地产生码字的相关值的幅度值。
图 5A示出了才艮据本发明第一实施方式的匹配滤波器的自相关输出， 它是 以位长为 96的 LS码（前 32位为 C码， 后 32位为 S码， 中间补 32位 0 )为 例， 采用一组扩频码字时经过图 3所示的匹配滤波器进行自相关运算的输出。
图 6A示出了才艮据本发明第一实施方式的匹配滤波器的互相关输出， 它仍 以位长为 96的 LS码为例， 采用的两组扩频码字时，经过图 3所示匹配滤波器 进行互相关运算的输出。
第二实施方式
图 4 示出了根据本发明第二实施方式的匹配滤波器的结构框图。 参见图 4， 根据本实施方式的匹配滤波器也包括长度为 N的用于移位输入信号的第一 移位寄存器 31、 长度为 N的用于存储本地扩频码 C码的第一存储器 32、 长度 为 N的用于存储本地扩频码 S码的第二存储器 33、 第一累加器 34、 第二累加 器 35、 长度为 2N的第二移位寄存器 36， 与图 3所示的匹配滤波器结构不同 之处在于， 根据第二实施方式的匹配滤波器还包括一乘法器 47。 其计算结果 相当于相关值的能量值。 使用这种结构的匹配滤波器进一步改进了码字的自 相关特性， 因为， 当进行自相关运算时：
匹配滤波器前 2N 的输出为： O x Rsc=0 , 而才艮据本发明第一实施例的图 3 所示的匹配滤波器输出为 0+Rsc= Rsc, 不为 0;
中间 2N的输出为： Rcc ( τ ) χ Rss ( τ ) 当 τ为 0时： Rcc ( 0 ) = Rss ( 0 ) =N, 所以输出主峰值为 N2, 而根据本发 明第一实施例的图 3所示的匹配滤波器的自相关主峰值为 2N。
当 τ不为 0 时： 匹配滤波器的输出皆小于或等于 0。 而根据本发明第一 实施例的图 3所示的匹配滤波器输出为 0;
匹配滤波器后 2Ν的输出为： Rcs 0=0, 而根据本发明第一实施例的图 3 所示的匹配滤波器输出为 Rcs +0= Rcs, 不为 0。
图 5B示出了根据本发明第二实施方式的匹配滤波器的自相关输出， 它是 以位长为 96的 LS码（前 32位为 C码， 后 32位为 S码， 中间补 32位 0 ) 为 例， 采用一组扩频码字时经过图 4所示的匹配滤波器进行自相关运算的输出。
图 6B示出了才艮据本发明第二实施方式的匹配滤波器的互相关输出， 它仍 以位长为 96的 LS码为例， 采用的两组扩频码字时，经过图 4所示匹配滤波器 进行互相关运算的输出。 由图 5B和图 6B可以看出可以看出， 根据本发明第 二实施方式的匹配滤波器改善了码字的自相关特性， 并且对于码字的互相关 的峰值大小无改变， 只是改变了 "零窗口" 的位置。
不脱离本发明的范围和构思可以作出许多其他的改变和改型。 应当理解， 本发明并不限于特定的实施例， 本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (1)

  1. 权利要求书
    1. 一种用于码分多址通信系统的匹配滤波器， 其特征在于，包括： 第一存储器和第二存储器， 分别存储构成本地扩频码的两个具有互补特 性的码字； '
    第一移位寄存器，用于对输入信号进行移位；
    第一累加器，用于将第一移位寄存器中的输入信号与第一存储器中所存储 码字的对位相乘结果，进行相加；
    第二累加器，用于将第一移位寄存器中的输入信号与第二存储器中所存储 码字的对位相乘结果，进行相加；
    第二移位寄存器，用于移位第一累加器的输出；
    处理器，用于将第二移位寄存器的输出与第二累加器的输出进行处理。
    2. 如权利要求 1 所述的匹配滤波器， 其特征在于，所述的具有互补特 性的码字是 LS码， 其前 N位为 C码， 后 N位为 S码， 中间 N位为 0。
    3. 如权利要求 1 或 2 所述的匹配滤波器， 其特征在于，所述的运算器 是一加法器，用于将第二移位寄存器的输出与第二累加器的输出进行相加。
    4. 如权利要求 1 或 2 所述的匹配滤波器， 其特征在于，所述的运算器 是一乘法器，用于将第二移位寄存器的输出与第二累加器的输出进行相乘。
    5. 如权利要求 1或 2所述的匹配滤波器， 其特征在于，所述第二移位寄 存器对第一累加器的结果延迟 2 N位后输出。
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