CN101136653A - 码分多址系统随机接入信道多径搜索的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带码分多址接入系统中随机接入信道多径搜索的装置及方法，先进行前导检测，进行相关和非相关积分后，将超过第一阈值的p条多径作为预选多径，对每一预选多径前后等间隔的插入1/4码片，得到3p条多径，利用随机接入信道消息的控制部分DPCCH的非相关累加值和设定的第二阈值比较，剔除前导多径检测上报的假径(即小于第二阈值的多径)保留超过第二阈值G2的多径，然后进行多径选择，选出消息解调多径τ1。由于该第二阈值有剔除前导上报的假径功能，所以能够适当降低前导部分多径检测的阈值，提高对弱径的检测概率，提高系统性能。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域中码分多址接入系统的信道接入技术，尤其涉及宽带码分多址接入(WCDMA，Wideband Code Division MultipleAccess)系统中随机接入信道多径搜索的装置及方法。
背景技术
WCDMA系统中，当UE(User Equipment，用户设备)需要进行注册、位置更新、呼叫等操作时，将发起随机接入过程。随机接入信道由前导和消息两部分组成。
前导由签名和扰码组成。有16种长度为16比特的签名序列，签名序列重复256次，然后，通过加扰形成前导，前导长4096 chips(码片)。
消息通常在其最接近的前导τp-n时间之后发射，协议3GPP TS 25.211规定τp-m＝15360 chips或者20480c hips，换算成时间大约为4毫秒(ms)或者为5.33毫秒(ms)。另外，随机接入消息的长度为10ms或者20ms。10ms的消息由一个帧构成，20ms的消息由两个帧构成，每帧15个时隙，每个时隙有2560chips。每个时隙由两部分构成，数据部分DPDCH(DedicatedPhysical Data Channel，专用物理数据信道)和控制部分DPCCH(DPCCHDedicated Physical Control Channel，专用物理控制信道)，并且数据部分DPDCH和控制部分DPCCH同时发送。
UE在某个分配的接入时隙发送随机接入前导，Node B(B节点)在每个可用的接入时隙进行前导搜索，对于前导允许接入的签名序列，再进行多径搜索，配置消息的解调多径进行消息解调。
随机接入信道根据前导上报的多径位置来分配消息部分的解调多径，由于随机消息是突发的，整个消息的解调过程中只进行一次多径搜索和分配过程，当分配给某个签名序列解调多径后，解调时的多径不再更新。真实的无线环境中，多径是稳定存在的，但随机接入信道不能像专用信道一样，通过各次的多径相位IIR(Infinite-duration Impulse Response，无限冲激响应)滤波来保证多径搜索的稳定性，提高多径检测概率，同时减少假径，而假径较多时不仅会占用解调单元，还会影响系统性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种码分多址系统随机接入信道多径搜索的装置及方法，实现宽带码分多址系统中随机接入信道的多径搜索，用以解决随机接入信道在进行多径解调时，多径搜索稳定性差、假径较多的问题。
本发明提供一种码分多址系统随机接入信道多径搜索的方法，包括如下步骤：
(1)进行前导检测，对前导进行相关和非相关积分，对于每根天线，从积分后能量超过第一阈值的多径中选择p条预选多径；
(2)每个传输时间间隔TTI的第一帧，在每一预选多径的延迟时间前后等间隔地各插入一条多径，并在得到的3p条多径上解调消息中的专用物理控制信道；
(3)根据专用物理控制信道解调结果，对所述3p条多径中的每一条多径进行相关和非相关积分，得到所述3p条多径中每一条多径的非相关累加值；
(4)从3p个非相关累加值中找到最大非相关累加值，将其对应多径的多径相位保存在相位列表中，将余下的各个非相关累加值与第二阈值比较，保留非相关累加值超过第二阈值的多径；
(5)从保留的待选多径中依次选出一个非相关累加值最大的多径，将其相位与相位列表中保存的相位值比较，将彼此间相位距离大于预定值的多径相位保存至相位列表中，直到最后一个多径或相位列表中相位数目达到p个为止。所述方法进一步包括：
(6)将相位列表中保存的多径相位拷贝到天线，作为消息解调多径。
进一步地，步骤(1)进一步可分为：
进行前导检测，对于每根天线，利用第一相关值和第一非相关值对前导进行相关和非相关积分，其中，第一相关值为4096码片，第一非相关值为1；
将底噪×13的乘积确定作为用于预选多径的第一阈值，其中，所述底噪是除去峰值之后的前导非相关积分值的均值；
从相关和非相关积分后能量超过第一阈值的多径中选择p条多径作为预选多径。
进一步地，步骤(1)进一步包括：从能量超过第一阈值的多径中选择预选多径时，若能量超过第一阈值的多径数目小于或等于p，则将p值确定为所有能量超过第一阈值的多径数目；否则，步骤(1)中p是根据性能仿真来确定，其中，p＝4。
进一步地，步骤(2)进一步可分为：
每个传输时间间隔TTI的第一帧，将每一预选多径的延迟时间减去一个时间间隔，以在该预选多径前插入一条预选多径；
每个传输时间间隔TTI的第一帧，将每一预选多径的延迟时间加上一个时间间隔，以在该预选多径后插入一条预选多径；
在插入后获得的3p个预选多径上，解调消息中的专用物理控制信道；
其中，所述时间间隔是一个1/4码片的固定值。
进一步地，步骤(3)进一步可分为：
根据专用物理控制信道解调结果，对所述3p条多径中的每一条多径进行相关和非相关积分，其中，
相关积分中，相关积分长度为1个符号，
非相关积分中，每条多径上，对于每根天线，利用专用物理控制信道解调结果的前14个时隙，共计14×10个符号，进行非相关积分，将每一多径上的所有符号的解调结果的绝对值进行累加得到累加值，共得到p×3个非相关累加值。
进一步地，步骤(4)中所述第二阈值是固定值1.85E+5；步骤(5)中所述预定值是1/2码片。
本发明还提供一种码分多址系统随机接入信道多径搜索的装置，包括：解扰解扩模块，特点在于，该装置还包括：前导检测模块、预选多径时延处理模块、多径选择模块，所述解扰解扩模块与多径选择模块交互连接，并经过预选多径时延处理模块连接至前导检测模块，其中，
前导检测模块，用于进行前导检测，对前导进行相关和非相关积分，从积分后能量超过第一阈值的多径中选择p条预选多径，送到预选多径时延处理模块；
预选多径时延处理模块，用于在每个传输时间间隔TTI的第一帧，在每一预选多径的延迟时间前后等间隔地各插入一条多径，得到3p条多径；
所述解扰解扩模块，用于在所述的3p条多径上解调消息中的专用物理控制信道，将专用物理控制信道解调结果发送到多径选择模块，以及用于在多径选定后对专用物理数据信道进行解调；
多径选择模块，用于根据专用物理控制信道解调结果，对所述3p条多径中的每一条多径进行相关和非相关积分，得到相应的非相关累加值，并将最大非相关累加值对应的多径相位保存在相位列表中，将余下的各个非相关累加值与第二阈值比较，保留非相关累加值超过第二阈值的多径，从保留的待选多径中依次选出一个非相关累加值最大的多径，将其相位与相位列表中已存的相位值比较，将彼此间相位距离大于预定值的多径相位保存至相位列表中，直到最后一个多径或相位列表中相位数目达到p个为止，并将最后选定的多径指示给解扰解扩模块在选定多径上对专用物理数据信道解调。
所述前导检测模块在进行前导检测确定预选多径时，是利用第一相关值和第一非相关值对前导进行相关和非相关积分，其中，第一相关值为4096码片，第一非相关值为1；所述第一阈值是底噪×13的乘积，其中，所述底噪是除去峰值之后的前导非相关积分值的均值。所述多径选择模块中所述第二阈值是固定值1.85E+5；所述彼此间相位距离的预定值是1/2码片。
本发明利用随机接入信道消息的控制部分DPCCH的非相关累加值和设定的第二阈值比较，剔除前导多径检测上报的假径，同时，由于该第二阈值有剔除前导上报的假径功能，所以能够适当降低前导部分多径检测的阈值，提高对弱径的检测概率，提高系统性能。
附图说明
图1是本发明实施例中随机接入信道接收端多径搜索实现示意图；
图2是本发明实施例中随机接入信道接收端多径搜索实现流程图；
图3是本发明实施例中随机接入信道多径搜索装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案的实施作进一步详细说明。
本发明的主要目的在于实现宽带码分多址系统中随机接入信道的多径搜索，减少假径，提高随机接入信道多径搜索的稳定性。为实现本发明的目的，本实施例中采用“前导检测+早迟跟踪+DPCCH虚径检测”的基本流程结构。
如图1所示，是本实施例中实现随机接入信道接收端多径搜索的示意图。参见图1，本实施例的思路具体如下：
前导(Preamble)检测到若干多径，对这些多径进行相关和非相关积分后，将积分结果与第一阈值进行比较，从大于第一阈值的多径中确定若干条预选多径，将每条预选多径的前导输出的τpre和多径的延迟时间分别往前和往后等间隔的偏移一个时间间隔1/4chip的值τpre-1/4chip，τpre+1/4chip作为解调输入，再将τpre，τpre-1/4chip，τpre+1/4chip送入解调模块对消息(Message)的DPCCH信道进行解调，解调后对三种延迟的DPCCH符号进行相关和非相关积分，非相关积分结果的累加值和设定的第二阈值G2比较，删除非相关累加值未超过第二阈值G2的多径，保留超过第二阈值G2的多径，然后进行多径选择，选出消息解调多径τi。
下面用一个具体的实例，来对本实施例中随机接入信道多径搜索的具体流程进行说明。
协议3GPP 25.141 A.7中接入过程中所用到的测量参考信道如表1所示。
表1：随机接入测量参考信道
| Number of diversity antennas(分集天线数) | 2 |
| CRC(循环冗余校验码) | 16bits |
| Channel coding(信道编码) | Rate 1/2 convolutional encoding1/2速率卷积编码 |
| Power ratio of preamble andmessage(前导与消息的功率比) | 0 dB |
| Transport block size in bits(传输块的比特大小) | 168(SF＝128) |
| Power ratio of control and datachannel(控制与数据信道的功率比) | -2.69 dB |
| Spreadingfactor(扩频因子) | 128 |
| Message length(消息长度) | 20ms |
| Rate Matching(速率匹配) | Repetition |
| Eb/No(比特信噪比) | Total transmitted energy per user bitdivided by noise variance. |
| Propagation condition(传播条件) | Static，Multi-path Case3静态、多径情形3 |
如图2所示，显示了该具体实例中多径搜索流程图，具体包括以下步骤：
步骤201：进行前导检测，对所述随机接入信道的前导进行相关和非相关积分。
在积分时，对于每根天线，选定的第一相关值为4096 chips，选定的第一非相关值为1，对前导进行长度为4096 chips的相关积分和长度为1非相关积分，之后将所有天线的非相关积分值累加，本实施例中为双天线，所以是两根天线非相关积分值的累加。
步骤202：设定合适的多径检测第一阈值G1，从步骤201中两根天线非相关累加值超过第一阈值G1的若干多径中选择一定数量的多径，比如p条，作为预选多径τpre。
在设定时，可以将底噪×13(13是根据协议3GPP 25.141通过仿真和实测确定的参数)作为前导检测的第一阈值G1，其中，可以用除去峰值之后的前导非相关积分值的均值作为底噪。当超过第一阈值G1的多径数量较少，例如少于p条时，则将所有超过第一阈值G1的多径作为预选多径，此时p值则设定为所有超过第一阈值G1的多径数目。
优选地，我们设定最多选4条预选多径，即p取值为小于或等于4，这里假定p＝4。对于p值的确定，可以通过仿真进行设定，使得多径能够保证性能时的数目作为p的取值。多径越多，需要处理的数据量越大，会消耗更多的硬件资源，因此，需要适当的确定p值，而不能过大。
步骤203：每个TTI(传输时间间隔)的第一帧，对预选多径的延迟前后等间隔(例如间隔为1/4chip)地各插入一条多径，共得到(即p×3＝12)条预选多径。如果是双天线，则一共可以得到p×3×2条预选多径(即24条)，在这些多径上解调消息中的DPCCH；对于其它多天线的情况，则是得到天线数目×p×3条预选多径；
步骤204：在步骤203中得到的所有多径上做DPCCH的相关和非相关积分(可以看作相关积分长度是1个DPCCH符号)，得到p×3个非相关积分结果；其中，利用DPCCH解调结果的前14个时隙，预留10个时隙时间给硬件做其它的处理，共计14×10个符号，做非相关积分：
(公式1)
其中，Sdpcch(a，p，n)是DPCCH解调的结果，p(p＝1，2，3，4)是在步骤202中经前导检测确定的多径序号，a(a＝1，2)是天线序号，这里采用双天线解调，n(n＝1，2，...，140)是DPCCH符号序号，rdpcch(p)是前导检测到的多径p的非相关积分值累加结果，总共最多p×3个(此处，即为12个)非相关累加值；对于多天线的情况，则是将所有天线进行累加。
步骤205：选出最大非相关累加值对应的多径相位，保存在相位列表中。从步骤204中得到的12个非相关累加值中找到最大的非相关累加值rdpch(p)，将它对应的多径相位保存到相位列表中；
步骤206：判断是不是只有一条预选多径，即判断p是否为1，如果只有一条预选多径，转到步骤213以结束多径搜索，否则转到步骤207；
步骤207：将挑选出能量最大的多径后余下的各个多径非相关累加值和第二阈值G2比较，保留超过第二阈值G2的多径，删除没有超过第二阈值G2的多径。
具体而言，是将余下的其它多径的非相关累加值rdpcch(p)和第二阈值G2(其值为1.85E+5，可通过仿真和实测确定)比较，去掉没有超过第二阈值G2的多径；本实施例中，第二阈值G2采用了固定值1.85E+5，由于公式(1)采用不同的天线数目，如单天线、双天线、四天线，采用不同长度的相关和非相关积分，例如可以采用先相关积分再非相关积分(相关积分长度是1个DPCCH符号)，或者仅用非相关积分，或者采用某种自适应算法来计算第二阈值G2，再通过第二阈值G2进行多径处理，也属于本发明的保护范围。
步骤208：判断是否有超过第二阈值G2的多径，如果没有超过第二阈值G2的多径，转到步骤213以结束多径搜索，否则，转到步骤209；
步骤209：选择下一个能量最大的多径，即从超过第二阈值G2的多径中，选择次最大的rdpcch(p)对应的相位；
步骤210：将步骤209中选择出来的多径相位与列表中保存的相位值进行比较，判断它与列表中的相位距离是否大于或者等于一个固定值d chip，例如1/2 chip，若距离小于d chip则返回步骤209，继续选择下一个最大值，否则转到步骤211；其中，所述d的数值可以通过仿真确定，可以是例如1/4、chip或1 chip等数值。
步骤211：保存该相位到列表中；
步骤212：判断该相位是不是最后一个步骤209中的待选多径对应的相位或者相位列表中已经有p个多径相位，即判断是不是所有的相位都遍历或者列表中已有4(p＝4)个相位，这时得到相位ps，不是的话，返回步骤209，否则继续进行多径选择，转到步骤213；
步骤213：多径搜索结束，多径选择完成，将相位列表中的多径相位拷贝到天线，如果是两根天线，则双天线最多共选取8条finger(分指)psa供双天线解调。
例如，如果与第一阈值G1比较而共计选出12条多径，序号分别是：
1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12：
如果是2根天线的话，另外一根天线上也有12条多径，序号分别是：
13、 14、 15、 16、 17、 18、 19、 20、 21、 22、 23、 24；
双天线对应进行非相关累加之后就只有12个多径了，序号是：
1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12；
再根据第二阈值G2最终确定多径选择后，假定选到的4条多径序号是
1、 5、 8、 11，这也是步骤212中的ps
这样分配到两根天线的解调分指(finger)就是
第一天线：1、 5、 8、 11；
第二天线：13、 17、 20、 23。
psa就是指1、 5、 8、 11、 13、 17、 20、 23。
天线数目对上面的基带信号处理流程没有影响，只是在前导相关和非相关积分值，控制信道相关和非相关值的大小有所改变，多径选择之后的多径是分配到每根天线，和上面描述的双天线多径分配流程一致。如果是双天线，则需要将最后的搜索结果分配到两根天线上，如果是四天线则需要分配到4根天线上，处理流程是一样的。
基于上述的码分多址系统随机接入信道多径搜索的方法，在实现时可以采用如图3所示的码分多址系统随机接入信道多径搜索的装置，包括：解扰解扩模块、前导检测模块、预选多径时延处理模块、多径选择模块，所述解扰解扩模块与多径选择模块交互连接，并经过预选多径时延处理模块连接至前导检测模块。其中，
前导检测模块，用于进行前导检测，对于每根天线，对前导进行相关和非相关积分，从积分后能量超过第一阈值的多径中选择p条预选多径，送到预选多径时延处理模块；积分时，选定的第一相关值为4096 chips，选定的第一非相关值为1，对前导进行长度为4096 chips的相关积分和长度为1非相关积分，之后将所有天线的非相关积分值累加；将底噪×13作为前导检测的第一阈值G1，其中，可以用除去峰值之后的前导非相关积分值的均值作为底噪，将所有天线非相关累加值超过第一阈值G1的若干多径中选择一定数量的多径，比如p条，作为预选多径τpre。
预选多径时延处理模块，用于在每个传输时间间隔TTI的第一帧，在每一预选多径的延迟时间前后等间隔地各插入一条多径，得到3p条多径；对预选多径τpre的延迟前后等间隔(例如间隔为1/4chip)地各插入一条多径，共得到(即p×3＝12)条预选多径。如果是双天线，则一共可以得到p×3×2条预选多径(即24条)，在这些多径上解调消息中的DPCCH；对于其它多天线的情况，则是得到天线数目×p×3条预选多径。
所述解扰解扩模块，用于在所述的3p条多径上解调消息中的专用物理控制信道，将专用物理控制信道解调结果发送到多径选择模块，以及用于在多径选定后对专用物理数据信道进行解调；
多径选择模块，用于根据专用物理控制信道解调结果，对所述3p条多径中的每一条多径进行相关和非相关积分，得到相应的非相关累加值，并将最大非相关累加值对应的多径相位保存在相位列表中，将余下的各个非相关累加值与第二阈值比较，第二阈值G2采用了固定值1.85E+5，保留非相关累加值超过第二阈值的多径，从保留的待选多径中依次选出一个非相关累加值最大的多径，将其相位与相位列表中已存的相位值比较，将彼此间相位距离大于预定值的多径相位保存至相位列表中，直到最后一个多径或相位列表中相位数目达到p个为止，并将最后选定的多径指示给解扰解扩模块在选定多径上对专用物理数据信道解调。
综上所述，本发明利用随机接入信道中消息的控制部分DPCCH的非相关累加值和设定的第二阈值进行比较，剔除前导多径检测上报的假径，同时，由于该第二阈值有剔除前导上报的假径功能，所以能够适当降低前导部分多径检测的第一阈值，提高对弱径的检测概率，提高系统性能。
Claims (10)
1.一种码分多址系统随机接入信道多径搜索的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)进行前导检测，对前导进行相关和非相关积分，对于每根天线，从积分后能量超过第一阈值的多径中选择p条预选多径；
(2)每个传输时间间隔TTI的第一帧，在每一预选多径的延迟时间前后等间隔地各插入一条多径，并在得到的3p条多径上解调消息中的专用物理控制信道；
(3)根据专用物理控制信道解调结果，对所述3p条多径中的每一条多径进行相关和非相关积分，得到所述3p条多径中每一条多径的非相关累加值；
(4)从3p个非相关累加值中找到最大非相关累加值，将其对应多径的多径相位保存在相位列表中，将余下的各个非相关累加值与第二阈值比较，保留非相关累加值超过第二阈值的多径；
(5)从保留的待选多径中依次选出一个非相关累加值最大的多径，将其相位与相位列表中保存的相位值比较，将彼此间相位距离大于预定值的多径相位保存至相位列表中，直到最后一个多径或相位列表中相位数目达到p个为止。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
(6)将相位列表中保存的多径相位拷贝到天线，作为消息解调多径。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)进一步可分为：
进行前导检测，对于每根天线，利用第一相关值和第一非相关值对前导进行相关和非相关积分，其中，第一相关值为4096码片，第一非相关值为1；
将底噪×13的乘积确定作为用于预选多径的第一阈值，其中，所述底噪是除去峰值之后的前导非相关积分值的均值；
从相关和非相关积分后能量超过第一阈值的多径中选择p条多径作为预选多径。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)进一步包括：从能量超过第一阈值的多径中选择预选多径时，若能量超过第一阈值的多径数目小于或等于p，则将p值确定为所有能量超过第一阈值的多径数目；否则，步骤(1)中p是根据性能仿真来确定，其中，p＝4。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)进一步可分为：
每个传输时间间隔TTI的第一帧，将每一预选多径的延迟时间减去一个时间间隔，以在该预选多径前插入一条预选多径；
每个传输时间间隔TTI的第一帧，将每一预选多径的延迟时间加上一个时间间隔，以在该预选多径后插入一条预选多径；
在插入后获得的3p个预选多径上，解调消息中的专用物理控制信道；
其中，所述时间间隔是一个1/4码片的固定值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)进一步可分为：
根据专用物理控制信道解调结果，对所述3p条多径中的每一条多径进行相关和非相关积分，其中，
相关积分中，相关积分长度为1个符号，
非相关积分中，每条多径上，对于每根天线，利用专用物理控制信道解调结果的前14个时隙，共计14×10个符号，进行非相关积分，将每一多径上的所有符号的解调结果的绝对值进行累加得到累加值，共得到p×3个非相关累加值。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述第二阈值是固定值1.85E+5；步骤(5)中所述预定值是1/2码片。
8.一种码分多址系统随机接入信道多径搜索的装置，包括解扰解扩模块，其特征在于，该装置还包括：前导检测模块、预选多径时延处理模块、多径选择模块，所述解扰解扩模块与多径选择模块交互连接，并经过预选多径时延处理模块连接至前导检测模块，其中，
前导检测模块，用于进行前导检测，对前导进行相关和非相关积分，从积分后能量超过第一阈值的多径中选择p条预选多径，送到预选多径时延处理模块；
预选多径时延处理模块，用于在每个传输时间间隔TTI的第一帧，在每一预选多径的延迟时间前后等间隔地各插入一条多径，得到3p条多径；
所述解扰解扩模块，用于在所述的3p条多径上解调消息中的专用物理控制信道，将专用物理控制信道解调结果发送到多径选择模块，以及用于在多径选定后对专用物理数据信道进行解调；
多径选择模块，用于根据专用物理控制信道解调结果，对所述3p条多径中的每一条多径进行相关和非相关积分，得到相应的非相关累加值，并将最大非相关累加值对应的多径相位保存在相位列表中，将余下的各个非相关累加值与第二阈值比较，保留非相关累加值超过第二阈值的多径，从保留的待选多径中依次选出一个非相关累加值最大的多径，将其相位与相位列表中已存的相位值比较，将彼此间相位距离大于预定值的多径相位保存至相位列表中，直到最后一个多径或相位列表中相位数目达到p个为止，并将最后选定的多径指示给解扰解扩模块在选定多径上对专用物理数据信道解调。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述前导检测模块在进行前导检测确定预选多径时，是利用第一相关值和第一非相关值对前导进行相关和非相关积分，其中，第一相关值为4096码片，第一非相关值为1；所述第一阈值是底噪×13的乘积，其中，所述底噪是除去峰值之后的前导非相关积分值的均值。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述多径选择模块中所述第二阈值是固定值1.85E+5；所述彼此间相位距离的预定值是1/2码片。
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