CN1464638A - 瑞克接收机多径选择判决方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新颖改进的瑞克(Rake)接收机多径选择判决方法及其装置，它采用双门限策略来筛选有效路径分量，其中第一阈值主要用于剔除干扰多径，而第二阈值主要用于选择具有足够大信噪比(SNR)的多径分量。本发明的方法还可对上述第一和第二阈值作动态调整以及时反映信道环境的变化。本发明的方法对多径搜索性能有较大的改善，在多径衰落比较严重的情况下依然具有很高的鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及第三代移动通信系统，特别涉及一种瑞克(Rake)接收机多径选择判决方法及其装置。
背景技术
在无线通信中，由于发射信号在传输过程中的反射或折射，接收端接收到的将是时延不同的多条路径信号的叠加，其时延分布规律符合平均分布规律。由于移动台和周围物体的相对运动，不同时刻多径信号的分布和幅度是变化的，因此这种叠加信号具有快衰落特征，从而使接收端的接收信号产生严重的失真、波形展宽、波形重叠和畸变，造成通信系统解调器的输出出现大量差错，以至完全不能通信。
在CDMA系统中，为了提高抗干扰能力和抗多径能力，发射机一般对信号进行扩频调制处理后再发送，而在接收信号时则借助Rake接收技术在接收端将多径信号的各条路径分离出来，分别校正每条路径接收信号的相位并使之按一定规则相加，从而克服衰落现象并增加接收功率。
图1示出了CDMA系统中Rake接收机的结构框图。如图1所示，Rake接收机包括多径搜索模块1、信道估计模块2、解调模块3、多径合并单元4和译码单元5。其中，多径搜索模块1从多径信号中搜索可能存在的各条路径信号并根据预先确定的判决原则筛选出若干条路径的信号提供给解调模块3和信道估计模块2。信道估计模块2可根据每径信号的导频符号信息估计出该径信号每个传输数据符号位置上的信道参数并提供给解调模块3。解调模块3利用该信道估计值对多径搜索模块筛选出来的多径信号进行解调并得到它们的估计值。多径合并单元4将解调模块4解调出来的多径信号按照一定的规则合并提供给译码单元5进行译码处理。
多径搜索模块1在筛选路径信号时可以采用各种不同的判决原则，一般常采用基于相关能量的判决方法。在一定的延时范围内，各个延迟时间位置上的相关能量值表征了各条路径上信号强度的大小，因此可根据一定的判决原则，将相关能量值较大(即信号强度较大)的路径信号筛选出来。在发明名称为“瑞克接收机”的中国专利97117647.7中揭示了一种采用固定的能量门限筛选路径信号的判决方法，在该方法中，相关能量值大于某一固定不变的能量门限的路径信号被选取出来提供给信道估计模块和解调模块进行处理，其余的路径信号则被忽略。但是这种方法存在不适应快速变化环境的缺点，具体而言，当实际移动环境发生剧烈变化时，每条路径信号的幅度和相位始终受到快衰落的影响，因此如果固定门限方法不能去除那些受到严重衰落的多径信号而将其继续输出至解扩器中，则将不但无益于提高系统增益，而且还会影响解扩的准确性，增加误码率。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种新颖改进的瑞克(Rake)接收机多径选择判决方法及其装置，它能够准确地选出对系统有较大增益的多径而剔除已经受到严重衰落的多径，从而既能保证信号具有较大的增益，又能使信号保持较低的误码率，与此同时，本发明的多径选择判决方法还能够对信道环境的变化作出及时的反应，以始终保证被选择路径的正确性和有效性。
按照本发明的瑞克接收机多径选择判决方法包含以下步骤：
(1)根据接收信号和本地已知导频符号生成各延迟位置上的相关能量以得到延迟能量功率谱；
(2)根据上述步骤(1)得到的延迟能量功率谱确定多径选择判决所需的相关能量门限值；以及
(3)根据上述步骤(2)确定的相关能量门限值确定可进行多径合并的有效多径分量，
其特征在于，步骤(2)包括以下步骤：
(2a)将上述延迟能量功率谱中除前N个具有较大相关能量值的延迟位置以外的延迟位置上的相关能量值相加并除以延迟位置的总数以得到平均噪声能量；以及
(2b)将得到的平均噪声能量的M倍设定为第一阈值，而将上述延迟能量功率谱中最大的相关能量值的1/X倍作为第二阈值，
而且，步骤(3)包括以下步骤：
当延迟位置上的相关能量值大于或等于第一阈值与第二阈值中的最大值时，该延迟位置代表的路径确定为有效路径，否则不作为有效路径。
按照本发明的瑞克接收机多径选择判决装置，包含：
导频相关装置，用于根据接收信号与本地已知导频符号生成各延迟位置上的相关能量以得到延迟能量功率谱；
门限设定装置，用于根据上述导频相关装置得到的延迟能量功率谱确定多径选择判决所需的相关能量门限值；以及
判决装置，用于根据上述门限设置装置确定的相关能量门限值确定可进行多径合并的有效多径分量，
其特征在于，门限设定装置以下列方式确定相关能量门限值：
(a)将上述延迟能量功率谱中除前N个具有较大相关能量值的延迟位置以外的延迟位置上的相关能量值相加并除以延迟位置的总数以得到平均噪声能量；以及
(b)将得到的平均噪声能量的M倍设定为第一阈值，而将上述延迟能量功率谱中最大的相关能量值的1/X倍作为第二阈值，
而且，判决装置以下列方式确定有效多径分量：
当延迟位置上的相关能量值大于或等于第一阈值与第二阈值中的最大值时，该延迟位置代表的路径确定为有效路径，否则不作为有效路径。
在本发明的基于相关能量的多径选择判决方法中，采用双门限策略来筛选有效路径分量，其中第一阈值主要用于剔除干扰多径，而第二阈值主要用于选择具有足够大信噪比(SNR)的多径分量，由此可根据信道衰落情况对门限进行相应的调整。在本发明的方法中，第一阈值和第二阈值随延迟能量功率谱的变化而变化，因此能够准确及时反映信道环境的变化以进一步保证多径选择的准确性和有效性。
附图说明
通过以下结合附图对本发明实施方式的详细描述可进一步理解本发明的各种目标、特征和优点，其中：
图1为瑞克接收机的结构图。
图2为本发明瑞克接收机多径搜索模块的原理结构框图。
图3为本发明瑞克接收机多径搜索判决算法示意图。
具体实施方式
以下结合附图描述本发明的具体实施方式。
图2示出了本发明瑞克接收机多径搜索模块的原理结构框图。如图2所示，本发明的多径搜索模块由相关器、PN码发生器、峰值检测器、门限设置器和多径判决器五部分组成。相关器输入接收接收信号后在一定的延迟时间范围内的每一个抽样位置上对接收信号进行解扰解扩处理并将解扰解扩处理后的信号与PN码发生器输出的PN码中所含的本地已知导频符号进行相关运算以得到一系列的相关值。随后，这些相关值被输出至峰值检测器，在峰值检测器内作取模平方处理以获得当前时隙内每一个延迟位置上的相关能量从而构成延迟能量功率谱。由上可见，相关器、PN码发生器和峰值检测器实际上构成一根据接收信号和本地已知导频符号生成延迟能量功率谱的导频相关装置。比较好的是在峰值检测器内包含一整形滤波器，它将当前时隙内每一个延迟位置上的相关能量与前一个时隙内相应位置上的相关能量进行长期整形滤波以得到波形平滑的相关能量。更好的是，该整形滤波装置为一阶无限脉冲响应滤波器。
峰值检测器生成的延迟能量功率谱被输出至多径判决器和门限设置器，其中门限设置器设定用于选择有效路径的准则而多径判决器根据门限设置器确定的准则选择有效的路径。在本发明中，与现有技术不同，采用双门限来选择有效路径并且门限值不是固定的，而是根据延迟能量功率谱生成的。以下借助图3描述门限设置过程的实例。
如图3所示，假设峰值检测器生成的延迟能量功率谱在L个延迟位置上具有相关能量值E1、E2……EL。首先选出前N个具有较大相关能量值的延迟位置，在本实例中假设N为4。在图3中，这4个较大相关能量值分别位于第4、7、11和19个延迟位置上，并且第7个延迟位置上的相关能量E7最大。随后，将其余延迟位置上相关能量值相加得到总噪声能量Etotal_noise。总噪声能量被除以延迟位置的总数L即得到平均噪声能量Eavr_noise。为了剔除干扰多径，可将平均噪声能量Eavr_noise的M倍设定为第一阈值Δnoise，即，第一阈值Δnoise＝Eavr_noise×M；而为了选出具有足够大信噪比(SNR)的多径分量，可将延迟能量功率谱中最大的相关能量值的1/X倍作为第二阈值ΔRake，在图3所示实例中，第二阈值ΔRake＝E7/X。
当衰落较严重时，路径能量会受到不同程度的削弱，如果路径能量降低到一定程度，则它对于最后数据的解调和最大比合并是没有贡献的，反而会导致误码率的上升，因此设置两个门限对多径进行双重选择可以保证输出多径更加有效和准确。此外，由于峰值检测器输出的延迟能量功率谱随时隙的延续而不断变化，因此门限设置器将根据变化的延迟能量功率谱不断地产生新的第一和第二阈值以及时反映接收信号和信道环境的变化。
在门限设置过程中，具有较大相关能量值的延迟位置的个数N、倍数M和1/X随通信设备制造商自身系统的特点而不同，可通过仿真实验优化确定。对于本领域内普通技术人员来说，如何通过仿真实验优化确定N、M和1/X的具体取值是公知的，因此不再赘述。
第一阈值Δnoise和第二阈值ΔRake被输出至多径判决器进行有效路径的选择。具体判决方式为：对于每个延迟位置上的相关能量值En(n＝1，2……L)，如果同时大于或等于第一阈值Δnoise和第二阈值ΔRake，即En≥max(Δnoise，ΔRake)，则被选为有效路径，否则关闭该路径，即把对应路径的信道估计值设置为0。在图3所示的实例中，第4、7、11和19个延迟位置上的相关能量值E4、E7、E11和E19都大于第二阈值ΔRake，但是E19小于Δnoise，因此与第4、7和11延迟位置对应的路径被选为有效路径，而其余的路径被关闭。
实验结果表明，采用如上所述的双门限策略的多径搜索判决方法能够准确的选出对系统有较大增益的多径而剔除已经受到严重衰落的多径并根据信道衰落情况对门限进行相应的调整，因此对多径搜索性能有较大的改善，并且在多径衰落比较严重的情况下依然具有很高的鲁棒性。
Claims (7)
1.一种瑞克接收机多径选择判决方法，包含以下步骤：
(1)根据接收信号和本地已知导频符号生成各延迟位置上的相关能量以得到延迟能量功率谱；
(2)根据上述步骤(1)得到的延迟能量功率谱确定多径选择判决所需的相关能量门限值；以及
(3)根据上述步骤(2)确定的相关能量门限值确定可进行多径合并的有效多径分量，
其特征在于，步骤(2)包括以下步骤：
(2a)将上述延迟能量功率谱中除前N个具有较大相关能量值的延迟位置以外的延迟位置上的相关能量值相加并除以延迟位置的总数以得到平均噪声能量；以及
(2b)将得到的平均噪声能量的M倍设定为第一阈值，而将上述延迟能量功率谱中最大的相关能量值的1/X倍作为第二阈值，
而且，步骤(3)包括以下步骤：
当延迟位置上的相关能量值大于或等于第一阈值与第二阈值中的最大值时，该延迟位置代表的路径确定为有效路径，否则不作为有效路径。
2.如权利要求1所述的瑞克接收机多径选择判决方法，其特征在于，所述步骤(1)中生成的各延迟位置上的相关能量为经过多时隙平均化处理后具有平滑波形的相关能量。
3.如权利要求1或2所述的瑞克接收机多径选择判决方法，其特征在于，所述步骤(2a)和(2b)中的N、M和X的取值通过仿真实验得到。
4.一种瑞克接收机多径选择判决装置，包含：
导频相关装置，用于根据接收信号与本地已知导频符号生成各延迟位置上的相关能量以得到延迟能量功率谱；
门限设定装置，用于根据上述导频相关装置得到的延迟能量功率谱确定多径选择判决所需的相关能量门限值；以及
判决装置，用于根据上述门限设置装置确定的相关能量门限值确定可进行多径合并的有效多径分量，
其特征在于，门限设定装置以下列方式确定相关能量门限值：
(a)将上述延迟能量功率谱中除前N个具有较大相关能量值的延迟位置以外的延迟位置上的相关能量值相加并除以延迟位置的总数以得到平均噪声能量；以及
(b)将得到的平均噪声能量的M倍设定为第一阈值，而将上述延迟能量功率谱中最大的相关能量值的1/X倍作为第二阈值，
而且，判决装置以下列方式确定有效多径分量：
当延迟位置上的相关能量值大于或等于第一阈值与第二阈值中的最大值时，该延迟位置代表的路径确定为有效路径，否则不作为有效路径。
5.如权利要求4所述的瑞克接收机多径选择判决装置，其特征在于，所述导频相关装置进一步包括整形滤波装置，用于对相关能量进行多时隙平均化处理以得到相关能量波形平滑的延迟能量功率谱。
6.如权利要求5所述的瑞克接收机多径选择判决装置，其特征在于，所述整形滤波装置为一阶无限脉冲响应滤波器。
7.如权利要求4～6中任意一项所述的瑞克接收机多径选择判决装置，其特征在于，确定所述第一阈值和第二阈值时的N、M和X的取值通过仿真实验得到。
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