CN1458756A - 宽带码分多址多径分集接收机的数据缓存方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明所述宽带码分多址多径分集接收机的数据缓存方法，采用存储器组对输入数据进行存储，由计数器产生写地址和写控制信号，根据由多径相位和写地址产生的存储器读地址读取数据，并经过重新排列后输出数据进行解调，消除了不同多径相位偏移的解调的时间差，达到了消除多径相位的时间差、降低系统后续处理复杂程度的效果。

Description

宽带码分多址多径分集接收机的数据缓存方法和装置

技术领域

本发明涉及移动通讯领域，具体地说，涉及宽带码分多址(WCDMA)系统中多用户多径分集(RAKE)接收机在解扰解扩时的数据缓存方法及其装置。

背景技术

在宽带码分多址系统中，由于信号以不同的传播路径到达接收端，因而具有不同的传播时延，形成了多径衰落信道；同时又由于信号码序列不同的相位差之间的相关性很低，而大于一个码片周期的多径延迟分量是不相关的，在模型中表现为可分离路径，因此在WCDMA系统中，通常采用多径分集接收设备即RAKE接收机来接收信号。

RAKE接收机是通过对该用户不同相位的多径分别进行解扰解扩，然后经过多径合并来实现对用户信号的接收的。RAKE接收机的原理如图1所示，移动用户终端发送的信号200经过采样量化110后的采样信号输入到多径搜索和分配子系统120中进行用户多径的相位搜索，然后将相应的多径相位分配给解调相关子系统1、解调相关子系统2、……解调相关子系统n。每个解调子系统对应一个多径相位，根据不同的多径相位，每个解调子系统把采样量化110的采样信号进行解扰解扩，经过解扰解扩后的符号信号分别被送到信道估计子系统1、信道估计子系统2、……信道估计子系统n进行信道估计，将信号经过信道导致的畸变进行恢复，从而得到恢复后的符号信号，最后将恢复后的符号信号送到多径合并子系统150中进行多径合并，并将结果信号220送给后续的子系统进行处理，这样就完成了RAKE接收机的整个接收过程。

传统的RAKE接收机在对用户进行解扰解扩时，每个多径解调子系统根据该多径相位偏移一定长度的时间后，将输入数据和扰码、信道码进行解扰解扩。每个多径解调子系统都由扰码发生装置、信道码发生装置和数据相关装置组成，显然实现多个用户多个多径相位的解调需要大量的扰码、信道码发生装置和数据相关装置。为了减少硬件资源，实现多径并行解调，目前通常采用缓存扰码和信道码的方法，即通过将包含所有偏移相位的扰码、信道码进行缓存，来实现减少硬件资源、多径并行解调的目的。

这些方法，虽然能够减少一定的硬件资源，实现多个多径并行解调，但是由于每个多径相位不同，造成对应的解调子系统和信道估计子系统得到的信号在时间上不能对齐，存在时间差，因此在进行多径合并时需要存储一定长度的数据，直到所有多径相位的数据都包含后才能进行合并。这样在多径合并时，由于多径之间的时间差造成了合并时系统需要一定的存储空间来存储所有多径的解调数据以消除多径之间的时间差，从而导致系统的复杂性和硬件实现的困难。尤其当基站RAKE接收机对多用户进行接收时，系统中多径合并的复杂性更加加剧，也使系统的硬件实现更加困难。因此找到一种方法在多径解调时能够消除各个多径由于相位不同导致的解调数据之间的时间差，也即解调时能够使不同多径相位对应的不同数据同时与相同的扰码和信道码进行解扰解扩，以降低系统的复杂性和硬件实现的困难，提高系统的硬件可实现性是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种宽带码分多址RAKE接收机的数据缓存方法和装置，以消除在多径解调时解调数据之间的时间差，降低系统的复杂性。

本发明所述的一种宽带码分多址RAKE接收机的数据缓存方法，包括以下步骤：

一、根据解调器的相关长度选取存储器的个数；

二、根据计数器产生每个存储器的写地址和写控制；

三、输入数据按照每个存储器的写地址和写控制依次写入存储器中；

四、根据每个存储器的写地址和多径相位产生每个存储器的读地址；

五、根据每个存储器的读地址读出存储器中的数据；

六、每个存储器读出的数据根据多径相位进行组合形成一定长度的数据输出进行解调相关。

本发明所述的一种RAKE接收机的数据缓存装置，包括2ⁿ个彼此独立的存储器、计数器、存储器写地址产生器、存储器写控制产生器、存储器读地址产生器和数据组合器；通过计数器计数，存储器写地址产生器和存储器写控制产生器产生相应的写地址和写控制，控制输入数据依次写入2ⁿ个存储器中，存储器读地址产生器根据写地址和多径相位产生相应的读地址，控制数据读出，读出的数据经过数据组合器的组合，形成所需的解调数据。

本发明所述方法和装置，通过存储器组将所有多径相位偏移对应的数据都存储下来，然后根据多径相位并行读取进行并行解调，消除了不同多径相位偏移的解调的时间差，达到了消除多径相位的时间差、降低系统后续处理复杂程度的效果。

附图说明

图1是WCDMA系统中的RAKE接收机的原理框图。

图2是本发明RAKE接收机数据缓存方法的流程图。

图3是本发明RAKE接收机数据缓存装置的结构框图。

图4是存储器写地址产生器205和存储器写控制产生器207的原理图。

图5是存储器的写控制波形图。

图6是输入数据写入存储器的示意图。

图7是存储器读地址产生器213的原理图。

图8是数据组合器215的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

关于图1所示RAKE接收机的原理框图在前面已经说明，这里不再赘述。

在WCDMA系统中，用户的每个多径由于以不同的传播路径到达接收端，具有不同的传播时延，从而造成每个多径的相位不同，因此解调时如果要消除这种多径相位不同造成的时间差，就需要能够对不同多径相位对应的数据同时与相同的扰码和信道码进行解扰解扩，因此，需要存储一定数量的输入数据，使它至少包含全部多径相位对应的数据。如果全部采用硬件寄存器资源存储这些数据，显然需要较多的硬件寄存器资源，在整个系统硬件实现上是不可行的。本发明考虑到存储资源通常在RAKE接收机的硬件资源中使用量较少，因此采用存储资源代替硬件寄存器资源进行输入数据的存储，并且使存储资源的每个地址对应一个输入数据，而且由于多用户的RAKE接收机采用的是时分复用的方法，一个时钟节拍只需要一个或者一段数据输出，因此可以采用存储资源存储输入数据。

假设系统输入数据每码片的采样是2^k个，解调器的相关长度为2ⁿ，其中n、k是整数，则输入序列为： $d_{\mathrm{0,0}},\·\·\·,d_{{\mathrm{0,2}}^k-1},d_{\mathrm{1,0}},\·\·\·,d_{{\mathrm{1,2}}^k-1},\·\·\·\·\·\·$ ，每一个采样点对应一个多径相位，如果多径相位为0，则第一次需要读出的数据为： $\{d_{\mathrm{0,0}},d_{\mathrm{1,0}},......d_{2^n-\mathrm{1,0}},$ 下次读出的数据为： $\{d_{2^n,0},d_{2^n+\mathrm{1,0}},......d_{2^{n+1}-\mathrm{1,0}}.$ 如果多径相位为t，令

其中 表示向下取整的函数，则第一次读出的数据为： $\{d_{1,s},d_{l+1,s},\·\·\·\·\·\·d_{2^n+l-1,s}$ ，下次读出的数据为： $\{d_{2^n+l,s},d_{2^n+l+1,s},\·\·\·\·\·\·d_{2^{n+1}+l-1,s}$ ，以此类推。从前面的分析可以看出，对于每一个多径相位，一次从2ⁿ个码片中抽取2^k个采样，每码片抽取一个采样点的数据，其起始采样点位置即为多径相位，其中多径相位除以2^k的整数部分

是指从系统每帧起始时刻第l码片开始抽取，s＝t-2^kl(s≤2^k-1)是指抽取每码片的第s个采样点。因此，当解调子系统相关长度为2ⁿ时，可以采用2ⁿ个存储器，将输入数据以每码片为一个单位，依次写入彼此独立的2ⁿ个存储器中，这样每次可以读出2ⁿ个采样数据，而多径的相位对应于每个存储器的读地址，从而实现在出现同一用户的多径相位时，对应相同扰码和信道码的不同的输入数据，可以同时从存储器中读出送到相应的解调相关器中，达到消除多径相位的时间差的目的，同时由于对相同的扰码和信道码进行解调，不需要存储大量的扰码和信道码，节约了硬件资源，同时也降低了系统后续处理的复杂程度，提高硬件的可实现性。

图2是本发明数据缓存方法的流程图。假设系统输入数据每码片的采样是2^k个，解调器的相关长度为2ⁿ，用户多径的相位范围小于2^m码片，其中m＞n，且m、n、k均为整数，则首先选取2ⁿ个存储器，存储器的大小与多径相位的范围、存储器的数量、输入数据每码片的采样次数有关，因此选取每个存储器的存储深度为2^m+k-n。其次，根据计数器产生写地址和写控制，对于采样速率计数的计数器α，计数器的位宽为2^m+k，即计数器为{a_m+k-1，a_m+k-2，……a₁，a₀}，则每个存储器的写地址是相同的，都是{a_m+k-1，……，a_n+k，a_k-1，……a₀。而每个存储器的写控制不相同，对于第1个存储器，如果计数器的{a_n+k-1，……，a_k}的值等于0，则该存储器的写控制有效，数据才能写入到该存储器中，否则该存储器的写控制无效，数据不能写入到该存储器中；而对于第2个存储器，只有当计数器的{a_n+k-1，……，a_k}的值等于1时，该存储器的写控制才有效，数据才能写入到该存储器中；依此类推，对于第r个存储器，只有当计数器的{a_n+k-1，……，a_k}的值等于r-1时数据才能写入到该存储器中，否则数据不能写入，这样每个存储器的写控制是顺序有效的，从而实现控制每码片只有一个存储器可以写入数据。根据上述的写地址和写控制，输入数据可以依次写入存储器中。然后要确定存储器的读地址，对于存储器的读地址，它是由存储器写地址{a_m+k-n-1，……，a₀}和多径相位{f_m+k-1，……，f₀}产生的，它可以分成两部分：一部分是每个存储器完全一样的基地址，一部分是每个存储器不同的细地址，存储器的读地址等于基地址与细地址的和。对于存储器读地址的基地址，它等于

与{f_m+k-1，……，f_n+k，f_k-1，……，f₀}之和再加上2^k。对于存储器读地址的细地址来说，每个存储器的读地址的细地址是不相同的，对于第i个存储器，如果多径相位的{f_n+k-1，……，f_k}的值大于i-1，则存储器i的读地址的细地址为2^k，否则存储器i的读地址的细地址为0。根据每个存储器的读地址读出存储器中的数据 $\{d_0,d_1,\·\·\·\·\·\·,d_{2^n-1}$ ，然后再根据多径相位的{f_n+k-1，……，f_k}的值将读出的数据 $\{d_0,d_1,\·\·\·\·\·\·,d_{2^n-1}$ 进行排列，如果多径相位的{f_n+k-1，……，f_k}的值等于j(j≤2ⁿ-1)，则输出数据为 $\{d_j,\·\·\·\·\·\·,d_{2^n-1},d_0,\·\·\·\·\·\·d_{j-1}$ ，最后将经过排列的数据送到解调相关子系统中去。

图3是本发明RAKE接收机数据缓存装置的结构示意图。所述数据缓存装置位于RAKE接收机中采样量化110之后，解调相关子系统之前，包括计数器201、存储器写地址产生器205、存储器写控制产生器207、2ⁿ个存储器、存储器读地址产生器213和数据组合器215。计数器201的输出在存储器写地址产生器205和存储器写控制产生器207中分别生成每个存储器的写地址和写控制，共同控制由存储器1、存储器2、……存储器2ⁿ构成的存储器组，使经过采样量化110的输入数据按一定的规律写入到存储器组中。同时存储器的写地址和多径搜索和分配120送出的多径相位300共同送至存储器读地址产生器213，以产生各存储器的读地址，然后根据读地址从存储器组中读出数据送到数据组合器215中，数据组合器215根据多径相位300中n+1～2比特位的值将存储器组读出的数据进行组合，得到最后的2ⁿ长的数据310送到解调相关子系统中进行解调。

下面假设k＝2，即系统输入数据每码片采样4个，解调器的相关长度为2ⁿ，并以此为例详细说明本发明数据缓存装置中各组成的工作情况。

图4是存储器写地址产生器205和存储器写控制产生器207的原理图。对于存储器组，由于每次循环对每个存储器的同一段存储单位(4个存储单元)写入数据，而且写数据的顺序是从第一个存储器到第2ⁿ个存储器依次写入，因此写地址的高位在一个写循环内不变，只是低2位依次循环相加；而且写数据的顺序是从第1个存储器到第2ⁿ个存储器依次写入，这样存储器的写控制在一个写循环内是依次控制每个存储器。根据这一特点，因此存储器的写控制由计数器201的n+1～2比特位来产生，其中当计数器201的n+1～2比特位等于0时，存储器写控制产生器207控制第1个存储器写数据，当计数器201的n+1～2比特位等于1时，存储器写控制产生器207控制第2个存储器写数据，当计数器201的n+1～2比特位等于2ⁿ-1时，存储器写控制产生器207控制第2ⁿ个存储器写数据。而存储器的写地址由计数器201去掉n+1～2比特位后剩余的比特位构成。

图5是存储器的写控制波形图。每个存储器的数据写入是受该存储器的写控制信号控制的，因此每当数据写到一个存储器中时，对应该存储器的写控制信号为“1”，否则为“0”，在每个写数据周期内所有存储器的写控制信号在1码片长的时刻内为“1”，从而实现依次对每个存储器写入输入数据。

图6是输入数据写入存储器的示意图。输入数据写入存储器是以2ⁿ码片长为一个周期，分别对应2ⁿ个存储器，一个周期每个存储器写入1码片的数据，对于1码片有4采样数据来说，每码片在一个存储器内写入4个采样数据，因此存储器以4个存储单元为一段存储单位。输入数据依次将一个周期内的2ⁿ码片数据写入2ⁿ个存储器中，下个周期的2ⁿ码片数据同样按照顺序依次写入2ⁿ个存储器中的下一段存储单位中。

图7是存储器读地址产生器213的原理图。存储器读地址的产生比写地址复杂一些，它不仅与多径相位有关，而且与写地址也有关系。选择多径相位300的n+1～2比特位作为存储器读地址B部分，多径相位300的其余比特位构成存储器读地址A部分；存储器写地址除了最低2位之外的其他比特位构成存储器读地址C部分。存储器读地址是由存储器读地址的A、B、C三部分计算得到的，将存储器读地址C部分的值乘以4，即在后面加上2个“0”比特，加上存储器读地址A部分，再加上4就得到存储器读地址的基地址，该地址值对每个存储器都是一样的。然后确定存储器读地址的细地址，即通过多径相位判断具体从哪个存储器开始读数据，也就是对存储器读地址B部分进行判断：对于存储器1，如果该B部分的值大于0，则存储器1的细地址是4；对于存储器2，如果该B部分的值大于1，则存储器2的细地址是4；依次类推，对于存储器2ⁿ，如果该B部分的值大于2ⁿ-1，则存储器2ⁿ的细地址是4。每个存储器的读地址等于该存储器基地址与细地址的和。

图8是数据组合器215的工作流程图，数据组合器215的任务是将从存储器组里读出的数据，根据多径相位n+1～2比特位的值来排列，形成2ⁿ码片的解调相关数据流。具体组合过程为当2ⁿ个数据从2ⁿ块存储器中读出后，按照存储器1、存储器2、……存储器2ⁿ的顺序将输入数据送入到数据组合器215中，数据组合器215先将这一顺序数据流首尾连接起来成为一个环形，然后判断多径相位n+1～2比特位的值，将该值对应的数据作为数据流的起始点，这时形成的数据流即是2ⁿ码片的解调相关数据流。假设2ⁿ个存储器的存储器组输出数据流为 $\{d_0,d_1,\·\·\·\·\·\·d_{2^n-1}\}$ ，多径相位n+1～2比特位的值为q，则经过数据组合器215组合后输出的解调相关数据流为 $\{d_q,d_{q+1},\·\·\·\·\·\·d_{2^n-1},d_0,d_1,\·\·\·\·\·\·,d_{q-1}\}.$

Claims (7)

1、一种宽带码分多址多径分集接收机的数据缓存方法，其特征在于，包括步骤：

一、根据解调器的相关长度选取存储器的个数；

二、根据计数器产生每个存储器的写地址和写控制；

三、输入数据按照每个存储器的写地址和写控制依次写入存储器中；

四、根据每个存储器的写地址和多径相位产生每个存储器的读地址；

五、根据每个存储器的读地址读出存储器中的数据；

六、每个存储器读出的数据根据多径相位进行组合形成一定长度的数据输出进行解调相关。

2、根据权利要求1所述的数据缓存方法，其特征在于，所述步骤二中存储器的写地址是由计数器{a_m+k-1，a_m+k-2，……a₁，a₀}中去掉n+k-1～k比特位后剩余的比特位构成，即{a_m+k-1，……，a_n+k，a_k-1，……a₀，其中假设系统输入数据每码片的采样是2^k个，解调器的相关长度为2ⁿ，用户多径的相位范围小于2^m码片，且m＞n，m、n、k均为整数。

3、根据权利要求1或2所述的数据缓存方法，其特征在于，所述步骤二中存储器的写控制的产生步骤包括，计算计数器的{a_n+k-1，……，a_k}比特位的值，如果值为r，则存储器r+1的写控制有效，写控制有效的时间是1码片长，其中假设系统输入数据每码片的采样是2^k个，解调器的相关长度为2ⁿ，n、k均为整数。

4、根据权利要求1所述的数据缓存方法，其特征在于，所述步骤四中产生存储器读地址的步骤包括，选择多径相位{f_m+k-1，……，f₀}的n+k-1～k比特位作为存储器读地址的B部分，即B＝{f_n+k-1，……，f_k}；选择多径相位{f_m+k-1，……，f₀}的其余比特位作为存储器读地址的A部分，即A＝{f_m+k-1，……，f_n+k，f_k-1，……，f₀}；选择存储器写地址{a_m+k-n-1，……，a₀}中除最低k位之外的其他比特位构成存储器读地址的C部分，即C＝{a_m+k-n-1，……，a_k}；存储器读地址的基地址是A+C×2^k+2^k；计算存储器读地址的B部分的值，如果值大于i，则存储器i+1的细地址为2^k，否则细地址为0；存储器读地址等于基地址与细地址的和，其中假设系统输入数据每码片的采样是2^k个，解调器的相关长度为2ⁿ，用户多径的相位范围小于2^m码片，且m＞n，m、n、k均为整数。

5、根据权利要求1或4所述的数据缓存方法，其特征在于，所述步骤六进一步包括读出的数据按照存储器1、存储器2、……存储器2ⁿ的顺序首尾连接起来成为一个环形，然后判断多径相位n+1～2比特位的值，将该值对应的数据作为最后输出的解调相关数据流的起始点，即若2ⁿ个存储器的输出数据流为 $\{d_0,d_1,\·\·\·\·\·\·d_{2^n-1}\}$ ，而多径相位n+1～2比特位的值为q，则最后输出的解调相关数据流为 $\{d_q,d_{q+1},\·\·\·\·\·\·\·d_{2^n-1},d_0,d_1,\·\·\·\·\·\·,d_{q-1}\}.$

6、一种宽带码分多址多径分集接收机的数据缓存装置，其特征在于，包括2ⁿ个彼此独立的存储器、计数器(201)、存储器写地址产生器(205)、存储器写控制产生器(207)、存储器读地址产生器(213)和数据组合器(215)；通过计数器(201)计数，存储器写地址产生器(205)和存储器写控制产生器(207)产生相应的写地址和写控制，控制输入数据依次写入2ⁿ个存储器中，存储器读地址产生器(213)根据写地址和多径相位产生相应的读地址，控制数据读出，读出的数据经过数据组合器(215)的组合，形成所需的解调数据输出。

7、根据权利要求6所述的数据缓存装置，其特征在于，所述存储器的大小与多径相位的范围、存储器的数量、输入数据每码片的采样次数有关，选取存储器的存储深度为2^m+k-n，其中假设系统输入数据每码片的采样是2^k个，解调器的相关长度为2ⁿ，用户多径的相位范围小于2^m码片，且m＞n，m、n、k均为整数。

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