CN1653736A - 路径搜索装置和方法及使用其的阵列天线接收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种路径搜索装置和方法，以及使用所述路径搜索装置和方法的阵列天线接收装置。所述装置和方法从包含多个天线元件的阵列天线单元接收DS－CDMA方案的信号，并且检测多路径定时。在具有多个阵列天线单元(141，142)的信号接收系统中，将每个天线元件(11到16)的延迟曲线组合起来，并且使用经组合的输出执行路径检测，从而得到更高精度并且更高速度的路径检测。除了组合每个天线元件的延迟曲线以外，本发明还可以在多个阵列天线单元(分集分支)间组合延迟曲线。当在搜索器部分(44)形成波束时，可以在多个阵列天线单元间将朝向同一方向的各个波束的延迟曲线组合起来。

Description

路径搜索装置和方法及使用其的阵列天线接收装置
技术领域
本发明涉及路径搜索装置和方法，以及使用所述路径搜索装置和方法的阵列天线接收装置，更具体地说，本发明涉及从包含多个天线元件的阵列天线单元接收DS-CDMA(直扩码分多址)方案的信号并且检测多路径定时的路径搜索系统。
背景技术
目前，使用DS-CDMA方案的移动通信系统的接收装置使用分集天线(diversity antenna)。在分集天线单元中，为了减小天线元件之间的相关性，如图1所示，对天线进行布置，使得天线元件1和2具有较大间距D1(例如若干λ的间距；λ是信号波长)。由于相关性很小，因此即使在一个天线元件的接收电平由于衰落(fading)而降低时，另一个天线元件也通常可以在较高电平上接收信号。与使用一根天线接收衰落波的情况相比，可以更多地减少接收品质劣化的可能性。但是，如果出现干扰波，使用分集天线单元的接收方案则会直接受到干扰波的影响。
作为用于减小由干扰波所引起的品质劣化的技术，可以采用使用阵列天线单元的接收技术。在所述阵列天线单元中，如图2所示，对天线进行布置，使得多个天线元件3到5具有较小的间距D2(大约λ/2的间距)。通过将每个天线元件接收到的信号乘以振幅和相位权重，可以等同地形成每根天线的方向性模式(波束)。如果利用这样形成的多个波束对区域进行划分，则可以抑制与所需波不同方向上的干扰波的影响。
如图2所示，由于阵列天线单元具有较小的元件间隔D2，因此天线元件之间的相关性变得极大。由于这个原因，因此由衰落所引起的接收电平的降低会影响到构成该阵列天线单元的所有天线元件，并且无法补偿接收品质的劣化。如果天线元件之间的间隔增大，则无法形成理想的波束，并且无法达到主要的目的，即抑制干扰波。
作为掩盖了分集天线单元和阵列天线单元的缺点，并且充分发挥了分集天线单元和阵列天线单元的优点的方案，在例如WO 00/03456中公开了一种关于天线单元的技术。如图3所示，该天线单元具有多个阵列天线单元，每个阵列天线单元包含多个天线元件3到5或6到8，并且所述多个阵列天线单元彼此分离，使得它们之间的相关性可以忽略不计。
但是，在如图3所示的具有多个阵列天线单元，每个阵列天线单元包含多个天线元件3到5或6到8的DS-CDMA通信方案的接收装置的描述中，既没有提及，也没有暗示检测多路径定时的路径搜索方案。因此，对于具有如图3所示的天线单元布置的接收装置，需要高精度并且高速度的路径搜索。
参考图4，将描述在使用传统的分集天线单元的CDMA方案的移动通信系统中的接收装置的布置示例。
在图4中传统的分集天线接收装置的搜索器部分401a和401b中，每根天线独立地执行展频码(spreading code)和作为被接收信号的展频信号之间的同步码片定时(synchronization chip timing)的检测(路径检测)。路径组合装置61a和61b以及天线组合(分集组合)装置91使用路径定时信息执行RAKE组合接收。
参考图4将详细描述现有技术。在图4中，天线11a和11b与图1所示的分集天线1和2等同。由天线11a和11b所接收到的信号在无线接收机21a和21b中被变频到中频(IF频带)信号，并且被放大。在使用正交检测将放大后的信号检测成I/Q信道基带信号之后，由A/D转换器将其转换为数字信号。来自无线接收机21a和21b的输出被发送到耙指(finger)部分301a和301b以及搜索器部分401a和401b。
在搜索器部分401a和401b中，相关性计算装置101a和101b在多个码片定时上计算接收到的信号中所包含的所需波信号的代码相关值。相关值平均装置111a和111b在预定时段内，将在单个码片定时上从相关性计算装置101a和101b输出的相关值取平均，并且输出相关值的峰值和已经过噪声电平平滑化的延迟曲线(delay profile)。由相关值平均装置111a和111b所产生的延迟曲线被输入到路径定时检测装置131a和131b中。路径定时检测装置131a和131b从经组合的延迟曲线中检测出峰值，并且将与检测到的峰值相对应的同步码片定时告知耙指部分301a和301b。
耙指部分301a和301b中的每一个都具有在数量上与将被解调的路径相对应的耙指，并且具有在数量上与耙指相对应的解调装置51a到53a和51b到53b。每个耙指被分配给一条路径(同步码片定时)。解调器51a到53a和51b到53b在同步码片定时上解调信号，并且将解调后的信号输出到路径组合装置61a和61b。路径组合装置61a和61b将各条路径的解调结果组合到天线输出中，所述天线输出被提供给分集组合装置91，并且由该装置进行组合。之后，组合结果被发送到解码器(未示出)。
已经描述了使用传统的分集天线的CDMA方案的移动通信系统中的接收装置。对于这种接收装置，需要高精度并且高速度的路径搜索。
考虑到上述情况而研制了本发明，并且本发明的目的在于提供一种能够执行高精度并且高速度的路径搜索的路径搜索装置和方法，以及使用它们的阵列天线接收装置。
发明内容
为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种利用包括多个天线元件的阵列天线单元接收CDMA方案的信号，并且检测多路径定时的路径搜索装置，其特征在于，该路径搜索装置包括多个阵列天线单元，用于将所述多个阵列天线单元中的各个天线元件的延迟曲线组合起来的延迟曲线组合装置，以及用于检测来自所述延迟曲线组合装置的各个输出的路径定时的路径定时检测装置。
根据本发明，为所述多个阵列天线单元中的每一个配备了所述延迟曲线组合装置，用于组合在所述阵列天线单元中的天线元件的延迟曲线。
根据本发明，所述延迟曲线组合装置用于将所述多个阵列天线单元中的各个天线元件的延迟曲线共同组合起来。
根据本发明，所提供的路径搜索装置还包括用于形成波束的波束形成装置，所述波束是使用所述多个阵列天线单元中的每一个阵列天线单元中的每个天线元件所接收到的信号作为输入而形成的，其中所述延迟曲线组合装置在所述多个阵列天线单元间将朝向同一方向的各个波束的延迟曲线组合起来。所述路径搜索装置中的波束形成装置具有用于将来自每个天线元件的输出乘以预定的相乘值的乘法装置。
为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种利用多个阵列天线单元接收CDMA方案的信号，并且检测多路径定时的路径搜索方法，所述多个阵列天线单元中的每一个都包括多个天线元件，其特征在于，所述路径搜索方法包括将所述多个阵列天线单元中的各个天线元件的延迟曲线组合起来的延迟曲线组合步骤，以及检测所述延迟曲线组合步骤中的各个输出的路径定时的路径定时检测步骤。
根据本发明，在所述延迟曲线组合步骤中，对于所述多个阵列天线单元中的每一个，将每个天线元件的延迟曲线组合起来。
根据本发明，在所述延迟曲线组合步骤中，在所述多个阵列天线单元中的各个天线元件的延迟曲线被共同组合起来。
根据本发明，所提供的路径搜索方法还包括用于形成波束的波束形成步骤，所述波束是使用所述多个阵列天线单元中的每一个阵列天线单元中的每个天线元件所接收到的信号作为输入而形成的，其中在所述延迟曲线组合步骤中，在所述多个阵列天线单元间将朝向同一方向的各个波束的延迟曲线组合起来。所述路径搜索方法中的波束形成步骤包括将来自每个天线元件的输出乘以预定的相乘值的乘法步骤。
为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种阵列天线接收装置，其特征在于，该装置包括上述路径搜索装置中的任意一种，以及为所述多个阵列天线单元中的每一个所配备的解调装置，所述解调装置用于基于所述路径搜索装置所检测到的路径定时，解调该阵列天线单元中的每个天线元件所接收到的信号。
根据本发明，所提供的阵列天线接收装置还包括为所述多个阵列天线单元中的每一个所配备的、用于利用自适应控制对来自各个天线元件的解调输出进行加权的加权装置，以及用于对来自所述加权装置的输出进行RAKE组合的组合装置。
将描述本发明的操作。在具有多个阵列天线单元的信号接收系统中，将各个天线元件的延迟曲线组合起来，并且使用经组合的输出来执行路径检测，从而得到比传统的路径检测方案更高精度并且更高速度的路径检测。在具有多个阵列天线单元的信号接收系统中，不仅可以组合各个天线元件的延迟曲线，还可以在多个阵列天线单元(分集分支)间组合延迟曲线。使用经组合的输出来执行路径检测，从而得到更高精度并且更高速度的路径检测。在有多个阵列天线单元的信号接收系统中，当搜索器部分形成波束时，在多个阵列天线单元(分集分支)间将朝向同一方向的各个波束的延迟曲线组合起来，并且使用经组合的输出来执行路径检测，从而得到更高精度并且更高速度的路径检测。
如上所述，根据本发明，可以以高精度和高速度执行路径搜索。
附图说明
图1是示出了使用分集天线单元的天线布局示例的图；
图2是示出了使用阵列天线单元的天线布局示例的图；
图3是示出了使用分集天线单元和阵列天线单元的组合的天线布局示例的图；
图4是示出了使用传统的分集天线单元的CDMA方案的接收装置的示例的框图；
图5是根据本发明的接收装置的第一实施例的框图；
图6是根据本发明的接收装置的第二实施例的框图；以及
图7是根据本发明的接收装置的第三实施例的框图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述优选的实施例，以详细解释本发明。
参考图5将描述本发明的第一实施例。
作为示例，图5示出了具有两个阵列天线单元的接收装置，每个阵列天线单元由三个天线元件构成。但是，在本发明中，天线元件或阵列天线的数量并不局限于图5所示出的数量。本发明对于任意数量的天线元件或阵列天线也都是有效的。天线元件之间的间距大约是载波波长的一半，并且将阵列天线单元之间的间距D1设置为能够足够地降低相关性的距离(若干个λ)。
如图5所示，第一实施例具有包含天线元件11到13的阵列天线单元141，以及包含天线元件14到16的阵列天线单元142。第一实施例包括无线接收机21到26、搜索器部分41和42、耙指部分31和32、路径组合装置81和82以及分集组合装置91。其中无线接收机21到26将来自天线元件的RF信号转换为数字基带信号；搜索器部分41和42检测各个阵列天线单元(分集分支)的路径位置(同步码片定时)；耙指部分31和32在搜索器部分所检测到的定时上解调信号、使用诸如MMSE(最小均方误差)一类的已知的自适应算法来计算权重，并且将信号乘以所述权重，以形成波束；路径组合装置81和82将来自多个耙指的解调结果组合起来；分集组合装置91将来自多个分支的解调结果组合起来。
搜索器部分41包括在数量上与天线元件相对应的相关性计算装置101到103、用于将天线元件的相关性结果取平均，并且产生延迟曲线的相关值平均装置111到113、用于添加和组合延迟曲线的延迟曲线组合装置121，以及用于从经组合的延迟曲线中检测出同步码片定时的路径定时检测装置131。另一个搜索器部分42包括相同的组件。
耙指部分31具有多个耙指，每个耙指都包括在数量上与天线元件相对应的解调装置51到53、权重乘法装置61和自适应控制装置71。另一个耙指部分32包括相同的组件。
下面将描述第一实施例的操作。连接到阵列天线单元141的接收机和连接到阵列天线单元142的接收机具有相同的布置。因此，下面将举例说明连接到阵列天线单元141的接收机。
由天线元件11到13接收到的RF信号被分别发送到无线接收机21到23。在无线接收机21到23中，RF信号被变频到中频(IF频带)信号之后，由自动增益放大器将其放大。使用正交检测将放大后的信号检测成I/Q信道基带信号之后，由A/D转换器将其转换为数字信号。来自无线接收机21到23的输出被发送到耙指部分31和搜索器部分41。
在搜索器部分41中，相关性计算装置101到103在各个天线元件的多个码片定时上计算接收到的信号中所包含的所需波信号的代码相关值。相关值平均装置111到113在预定时段内，将在单一码片定时上从相关性计算装置101到103输出的相关值取平均，并且输出相关值的峰值和已经过噪声电平平滑化的延迟曲线。
由相关值平均装置111到113所产生的各个天线元件的延迟曲线，在单个码片定时上由延迟曲线组合装置121组合到经组合的延迟曲线中。路径定时检测装置131从经组合的延迟曲线中检测出多个峰值，并且将与检测到的峰值相对应的同步码片定时告知耙指部分31。
耙指部分31具有在数量上与将被解调的路径相对应的耙指。它们中的一个耙指具有在数量上与天线元件相对应的解调装置51到53。将每个耙指分配给一条路径(同步码片定时)。解调装置51到53在同步码片定时上解调信号，并且将已解调的信号发送到权重乘法装置61。权重乘法装置61将解调结果乘以由自适应控制装置71所计算的权重，并且将乘积提供给路径组合装置81。
路径组合装置81将来自阵列天线单元141的各个路径的解调结果组合到一个输出中，并且将其输出到分集组合装置91。
分集组合装置91将来自阵列天线单元141的输出结果和同样地从阵列天线单元142获得的输出结果组合起来，并且将组合结果发送到解码器(未示出)。
根据第一实施例，包含在延迟曲线中的噪声电平被平均和降低，并且峰值变得很突出。可以以高精度检测同步码片定时。与传统方案相同级别的检测精度的实现可以减少相关值平均装置111到116中每一个的取平均的时间。换句话说，可以以高速率检测同步码片定时，并且可以提高对多路径波的同步码片定时随终端的移动而产生的任意变化进行跟随的能力。
一般，在天线单元的间隔比载波波长大得多的天线分集的情况下，相关值的峰值电平是独立改变的。认为多个同步码片定时彼此之间基本相等。在这种环境下，本发明的第二实施例将提出一种接收机，该接收机还在构成分支的两个阵列天线单元间将延迟曲线组合起来。
图6示出了指示本发明第二实施例的接收机的布置。在图6中，与图5相同的标号表示相同的部分。
在图6中，延迟曲线组合装置123不是输出每个分集分支的结果，而是把两个分支中的所有天线元件的延迟曲线共同组合起来，从而将组合结果输出到路径定时检测装置131。路径定时检测装置131从组合的延迟曲线中检测出多个峰值，并且将与各个检测到的峰值相对应的同步码片定时告知分支中的耙指部分31和32。其余的布置与图5相同，并且将省略其描述。注意，在图6中，标号43表示搜索器部分。
根据第二实施例，可以比图5示出的第一实施例更加精确地检测同步码片定时。如果峰值检测精度只需要与传统方案的峰值检测精度级别相同，则第二实施例可以比第一实施例更高速地检测同步码片定时。
本发明在利用搜索器部分形成波束的过程中也同样有效。例如，图7示出了作为第三实施例的接收装置的布置，该接收装置利用搜索器部分形成多波束，即为每个分集分支形成三个波束。
多波束通过使用固定的权重将覆盖区域划分为多个波束，从而抑制与所需波不同方向上的干扰波。在日本未经实审的专利公开No.2001-345747中公开了所述多波束的细节，其描述将被省略。
在图7中，与图5和图6相同的标号表示相同的部分。参考图7，向搜索器部分44中添加了权重乘法装置63和64。相关计算装置101到103和104到106计算各个天线元件的相关值。各个阵列天线单元的权重乘法装置63和64将相关值乘以预定的固定振幅权重和相位权重。天线元件的相关值被转换为波束的相关值。
相关值平均装置111到113和114到116将波束的相关值取平均，从而输出各个波束的延迟曲线。延迟曲线组合装置124到126在单个码片定时上在多个分集分支间将朝向同一方向的波束组合起来，并且产生三个波束各自的经组合的延迟曲线。路径定时检测装置132从三个波束的经组合的延迟曲线中检测到多个峰值，并且将与检测到的波束相对应的同步码片定时告知两个分集分支中的耙指部分31和32。
根据第三实施例，当搜索器部分形成波束时，可以高精度地并且高速度地检测同步码片定时。注意，多波束的数量并不局限于特定的一种。

Claims (12)

1.一种利用包括多个天线元件的阵列天线单元接收CDMA方案的信号，并且检测多路径定时的路径搜索装置，其特征在于，该路径搜索装置包括：
多个阵列天线单元；
用于将所述多个阵列天线单元中的各个天线元件的延迟曲线组合起来的延迟曲线组合装置；以及
用于检测来自所述延迟曲线组合装置的各个输出的路径定时的路径定时检测装置。
2.如权利要求1所述的路径搜索装置，其特征在于，为所述多个阵列天线单元中的每一个配备了所述延迟曲线组合装置，用于组合在该阵列天线单元中的天线元件的延迟曲线。
3.如权利要求1所述的路径搜索装置，其特征在于，所述延迟曲线组合装置将所述多个阵列天线单元中的各个天线元件的延迟曲线共同组合起来。
4.如权利要求1所述的路径搜索装置，其特征在于，该路径搜索装置还包括用于形成波束的波束形成装置，所述波束是使用所述多个阵列天线单元中的每一个阵列天线单元中的每个天线元件所接收到的信号作为输入而形成的，其中所述延迟曲线组合装置在所述多个阵列天线单元间将朝向同一方向的各个波束的延迟曲线组合起来。
5.如权利要求4所述的路径搜索装置，其特征在于，所述波束形成装置具有将来自每个天线元件的输出乘以预定的相乘值的乘法装置。
6.一种利用多个阵列天线单元接收CDMA方案的信号，并且检测多路径定时的路径搜索方法，所述多个阵列天线单元中的每一个都包括多个天线元件，其特征在于，所述路径搜索方法包括：
将所述多个阵列天线单元中的各个天线元件的延迟曲线组合起来的延迟曲线组合步骤；以及
检测所述延迟曲线组合步骤中的各个输出的路径定时的路径定时检测步骤。
7.如权利要求6所述的路径搜索方法，其特征在于，在所述延迟曲线组合步骤中，对于所述多个阵列天线单元中的每一个，将每个天线元件的延迟曲线组合起来。
8.如权利要求6所述的路径搜索方法，其特征在于，在所述延迟曲线组合步骤中，在所述多个阵列天线单元中的各个天线元件的延迟曲线被共同组合起来。
9.如权利要求6所述的路径搜索方法，其特征在于，该路径搜索方法还包括用于形成波束的波束形成步骤，所述波束是使用所述多个阵列天线单元中的每一个阵列天线单元中的每个天线元件所接收到的信号作为输入而形成的，其中在所述延迟曲线组合步骤中，在所述多个阵列天线单元间将朝向同一方向的各个波束的延迟曲线组合起来。
10.如权利要求9所述的路径搜索方法，其特征在于，所述波束形成步骤包括将来自每个天线元件的输出乘以预定的相乘值的乘法步骤。
11.一种阵列天线接收装置，其特征在于，该装置包括如权利要求1到5中任一权利要求所定义的路径搜索装置，以及为所述多个阵列天线单元中的每一个所配备的解调装置，所述解调装置用于基于所述路径搜索装置所检测到的路径定时，解调该阵列天线单元中的每个天线元件所接收到的信号。
12.如权利要求11所述的阵列天线接收装置，其特征在于，该装置还包括为所述多个阵列天线单元中的每一个所配备的、用于利用自适应控制对来自各个天线元件的解调输出进行加权的加权装置，以及用于对来自所述加权装置的输出进行RAKE组合的组合装置。
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