CN1150711C

CN1150711C - 自适应预测平滑rake接收方法及接收机

Info

Publication number: CN1150711C
Application number: CNB011306211A
Authority: CN
Inventors: 国卫; 卫国; 张铎; 邱玲; 朱近康
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC; Research Institute of Telecommunications Transmission Ministry of Industry and Information Technology
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC; Research Institute of Telecommunications Transmission Ministry of Industry and Information Technology
Priority date: 2001-08-15
Filing date: 2001-08-15
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2021-08-15
Also published as: CN1332544A

Abstract

本发明提供一种能够对消CDMA移动通信系统中接收的多径效应，信道干扰，移动通信中的多普勒效应的一种新型RAKE接收机模型，即自适应预测平滑RAKE接收方法及接收机。方法用滤波器，乘法器等，结合可以预置的数据库，直接处理接收端射频下变频后的基带信号，处理后输出信号可以直接送到软判译码器本发明的RAKE接收机由匹配滤波器、时延搜索跟踪器、预测滤波器，平滑滤波器，时延调整器，乘法器，多径加法器，滤波器参数数据库、信噪比测量和比较器，三选一的选通器组成。

Description

自适应预测平滑RAKE接收方法及接收机

(一)技术领域：

本发明属于码分多址(CDMA)移动通信领域。尤其涉及自适应预测平滑RAKE接收方法及接收机

(二)背景技术：

码分多址(CDMA)扩展频谱通信方式是目前通信系统中使用比较多的一种多址方式。它具有抗干扰，抗多径衰落和系统容量大等优异特性。在CDMA移动通信系统中，空间电磁波在传播中同时存在直射波和反射波，因而接收信号是传播后的发射信号多径叠加，这就是接收的多径效应。同时，空间信道的随机噪声对每条路径的电磁波的幅度和相位都有随机干扰，这种干扰称为信道干扰。移动终端和基站的相对移动会产生多普勒频移，它会和信道的随机噪声一起，干扰在信道中传输的电磁波的相位，这就是移动通信中的多普勒效应。为对消上面的三种干扰，即接收的多径效应，信道干扰，移动通信中的多普勒效应，需要使用RAKE接收机。

传统的RAKE接收机是将接收信号通过P个匹配滤波器分别进行解扩，然后对每径做不同的时延超前，再直接相加。这种RAKE接收机，要求信道干扰带来的相位扰动限制在很小的范围内，对信道干扰和多普勒频移的容忍度小，一旦不满足上述限制，性能急剧恶化。

本发明的目的在于提供一种能够对消上述的接收的多径效应，信道干扰，移动通信中的多普勒效应的一种新型RAKE接收机模型，即自适应预测平滑RAKE接收机。

(三)发明内容：

本发明的方法是用滤波器，乘法器等，结合可以预置的数据库，直接处理接收端射频下变频后的基带信号，处理后输出信号可以直接送到软判译码器。

本发明具体方法是使用三种不同长度的滤波器组，经过多径匹配滤波分离，多径合并，输出三路信号，这三路信号经过信噪比测量，选择最大信噪比的一路输出给软判译码器。同时，将选择的结果同时输出到记忆型数据库，通过数据库给三组滤波器组配置新的滤波器参数，达到自适应的调整滤波器跟踪信道变化的目的。

本发明适合于使用了连续或不连续导频的CDMA移动通信系统，适合于数据和导频共用一个码道的时分导频CDMA移动通信系统，或数据和导频使用不同码道的并行导频CDMA移动通信系统。

基于本发明方法而设计的自适应预测平滑RAKE接收机，包括匹配滤波器、时延搜索跟踪器、预测滤波器，平滑滤波器，时延调整器，乘法器，多径加法器，滤波器参数数据库、信噪比测量和比较器，三选一的选通器等。导频和数据的匹配滤波器的输入是接收端射频下变频后的基带信号，导频的匹配滤波器输出与预测滤波器和平滑滤波器的输入相连，预测滤波器和平滑滤波器的输出取共轭后连到乘法器的输入，该乘法器的另一个输入为数据的匹配滤波器的输出，乘法器的输出接到多径加法器，多径加法器的输出接到三选一的选通器输入。多径加法器的输出还和信噪比测量和比较器输入相连，信噪比测量和比较器的输出与三选一的选通器的选控端相连，信噪比测量和比较器的输出还与滤波器参数数据库输入相连。其中，信噪比测量和比较器包括测量器和比较器两部分，滤波器参数数据库包括预制参数控制器，关联表项和参数刷新控制器三部分。

本发明提出的自适应预测平滑RAKE接收机，对数据进行实时处理，使系统延时大大的减少，同时抗多径能力强，对信道幅度及相位因子的快速变化适应性强，对移动终端的移动速度能够自适应跟踪调整，使变参信道中的终端变速移动的信号的解调信噪比和处理速度大大提高，提高了系统性能。

本发明的有益效果：

能够对消多径效应，信道干扰，移动通信中的多普勒效应。

(四)附图说明：

图1为自适应预测平滑RAKE接收机示意图。

图2为中滤波器组的RAKE合并具体结构示意图。

图3为中滤波器组中的第K径导频滤波器具体结构的示意图。

图4为预测滤波器的具体实现图

图5为平滑滤波器的具体实现图

图6为自适应预测平滑RAKE接收机工作流程图。

图7为中滤波器组的工作流程图。

(五)具体实施方式：

以下结合附图说明实现发明的优选方式：

参见图1：其中，1为短滤波器组，2为中滤波器组，3为长滤波器组，短滤波器组1、中滤波器组2、长滤波器组3的区别是，短滤波器组1中两种关键滤波器的长度为max{M-ΔM，0}和max{N-ΔN，0}，中滤波器组2中两种关键滤波器的长度为M和N，长滤波器组3中两种关键滤波器长度为min{M+ΔM，M_max}和min{N+ΔN，N_max}，4为三选一选通器，5为信噪比测量和比较器，6为滤波器参数数据库。

参见图2：其中，7是第K(1＜＝K＜＝P)径数据的匹配滤波器，8是第K径导频的匹配滤波器和第K径的时延搜索跟踪器，9是第K径导频滤波器，10是第K径时延调整器。

参见图3：其中，11是双输入单输出时分开关，12是预测滤波器，13是平滑滤波器。图3的下面部分是预测滤波器12和平滑滤波器13的一种具体实现的结构。

参见图4：其中D为单位延时器。

参见图5：其中D为单位延时器。

下面结合图1做进一步说明

其中对基带接收信号做并行的上中下三路的滤波处理，其中短滤波器组1、中滤波器组2、长滤波器组3的基本结构相同，但是它们中关键滤波器长度参数M和N不同，因此短滤波器组1、中滤波器组2、长滤波器组3根据此M和N，从滤波器参数数据库6中的关联表项中获得的滤波器抽头系数也不相同。三选一选通器4的选通控制端由信噪比测量和比较器5的输出控制。信噪比测量和比较器5使用的信噪比测量算法要在接收机工作前预置，信噪比比较器用于三选一最大值。滤波器参数数据库6主要由预置控制器，关联表项和刷新控制器组成，其中的预置控制部分内容是预测策略和平滑策略，以及根据这些策略决定的一系列控制参数，以图3给出的预测和平滑具体实现结构为例，即两种滤波器都用FIR来实现，则这时的控制参数为：

预测策略---内插FIR

平滑策略---平滑FIR

两种滤波器的最大长度---M_MAX和N_MAX

两种滤波器的调整步长---

ΔM = ΔN = \max {Integer (\frac{K}{f_{MAX} T_{CHIP} N}), 1},

0＜K≤16为取定的常数，f_MAX为系统容忍的最大频偏，T_CHIP为CDMA

移动通信系统的码片时间宽度，N是对f_MAX的量化点数

刷新周期---T_FILTER，取值不小于导频的symbol速率滤波器参数数据库6中的关联表项部分，仍以图4、图5给出的预测和平滑具体实现为例，则关联表项是以滤波器长度作为索引，实现到滤波器抽头参数的关联，滤波器参数数据库6中的刷新控制部分以周期T_FILTER对短滤波器组1，中滤波器组2，长滤波器组3中的滤波器参数进行刷新。

参见图2，图3、图4、图5(同时结合图7所描述的工作流程)

在CDMA移动通信系统中：

(1)设T_CHIP是码片时间宽度，T_D是数据symbol的时间宽度，T_P是导频symbol的时间宽度，通常T_P是T_P的倍数，这里取T_P＝T_D。

(2)发射信号含有导频，表示为S(t)＝C_P(t)+C_D(t)(I_D(t)+jQ_D(t))，其中C_P(t)，C_D(t)分别为导频和数据的扩频码，I_D(t)+jQ_D(t)为QPSK调制的数据，导频上未调制数据。需要说明的是导频可以连续或不连续，也可以是时分导频或并行导频，当导频不存在时，认为导频项为0。导频存在和不存在所处的时隙，应当预置在系统定时器中，用于控制所有的导频的匹配滤波器的工作。

(3)基带接收信号为

r (t) = Σ_{K = 1}^{P} λ_{K} (t) S (t - t_{K}) + n (t)

在图2中，第K(1＜＝K＜＝P)径的处理模块组中，第K(1＜＝K＜＝P)径数据的匹配滤波器7输出的第K径数据为：

D_{K} (n) = \frac{1}{T_{D}} {&Integral;}_{t_{K} + n T_{D}}^{t_{K} + (n + 1) T_{D}} λ_{K} (t) (I_{D} (t - t_{K}) + {jQ}_{D} (t - t_{K})) dt + \frac{1}{T_{D}} {&Integral;}_{t_{K} + n T_{D}}^{t_{K} + (n + 1) T_{D}} λ_{K} (t) C_{P} (t - t_{K}) {C_{D}}^{*} (t - t_{K}) dt

+ \frac{1}{T_{D}} Σ_{\underset{I &NotEqual; K}{I = 1}}^{P} {&Integral;}_{t_{K} + n T_{D}}^{t_{K} + (n + 1) T_{D}} λ_{I} (t) (C_{P} (t - t_{I}) + C_{D} (t - t_{I}) (I_{D} (t - t_{I}) + j Q_{D} (t - t_{I}))) {C_{D}}^{*} (t - t_{K}) dt

+ \frac{1}{T_{D}} {&Integral;}_{t_{K} + n T_{D}}^{t_{K} + (n + 1) T_{D}} n (t) {C_{D}}^{*} (t - t_{K}) dt

第一项为第K径数据项，第二项为由于C_P(t)，C_D(t)不正交导致的第K径导频对第K径数据的干扰，第三项为其它径对第K径数据的干扰，第四项为信道噪声产生的干扰。

第K径导频的匹配滤波器和第K径的时延搜索跟踪器8输出的第K径导频为：

P_{K} (n) = \frac{1}{T_{p}} {&Integral;}_{t_{K} + n T_{P}}^{t_{K} + (n + 1) T_{P}} λ_{K} (t) dt + \frac{1}{T_{P}} {&Integral;}_{t_{K} + n T_{P}}^{t_{K} + (n + 1) T_{P}} λ_{K} (t) C_{D} (t - t_{K}) (I_{D} ({t - t}_{K}) + j Q_{D} (t - t_{K})) {C_{P}}^{*} (t - t_{K}) dt

+ \frac{1}{T_{P}} Σ_{\underset{I &NotEqual; K}{I = 1}}^{P} {&Integral;}_{t_{K} + n T_{P}}^{t_{K} + (n + 1) T_{P}} λ_{I} (t) (C_{P} (t - t_{I}) + C_{D} (t - t_{I}) (I_{D} (t - t_{I}) + j Q_{D} (t - t_{I}))) {C_{P}}^{*} (t - t_{K}) dt

+ \frac{1}{T_{P}} {&Integral;}_{t_{K} + n T_{P}}^{t_{K} + (n + 1) T_{P}} n (t) {C_{P}}^{*} (t - t_{K}) dt

第一项为第K径导频，第二项为由于C_P(t)，C_D(t)不正交导致的第K径数据对第K径导频的干扰，第三项为其它径对第K径导频的干扰，第四项为信道噪声产生的干扰。

第K径导频滤波器9的双输入单输出时分开关11的输入连接第K径导频的匹配滤波器和第K径的时延搜索跟踪器8的输出，在不存在导频的时隙启动第K径导频滤波器9的预测滤波器12，来保持信号1输出的连续性。第K径导频滤波器9的平滑滤波器13的输入连接输入单输出时分开关11的输出，使用自适应的滤波器来平滑，以克服噪声的影响。预测滤波器12，平滑滤波器13的参数都由滤波器参数数据库6定时刷新。

上述自适应预测平滑RAKE接收方法使用其它的预测策略，平滑策略，即修改预测滤波器和平滑滤波器，不采用FIR结构，而采用其它滤波器(如非线性结构，时变结构等等)。

上述自适应预测平滑RAKE接收方法采用多于三路的滤波器组，选择这些多路信号中的一支做为输出。

上述自适应预测平滑RAKE接收方法用信噪比测量比较器测量出的一组信噪比，根据这组信噪比自适应决定滤波器的调整步长，并自适应的控制滤波器参数数据库的刷新周期。

上述自适应预测平滑RAKE接收方法在信噪比测量比较器中用多参数输出的比较器代替单输出的比较器。

上述自适应预测平滑RAKE接收方法使用多参数输出作为滤波器参数数据库的索引。

Claims

1.自适应预测平滑RAKE接收方法，其特征为按照以下工作流程进行：①接收端射频下变频后的基带信号进入三种不同长度的滤波器组，经过多径匹配滤波分离，多径合并，输出三路滤波信号；②以信噪比作为判决变量，经过信噪比测量，选择最大信噪比的一路输出给软判译码器；③根据选择的结果查询数据库，通过数据库给三组滤波器组配置新的滤波器参数，达到自适应的调整滤波器跟踪信道变化的目的。

2.如权利要求1所述的自适应预测平滑RAKE接收方法，其特征在于采用多于三路的滤波器组，选择这些多路信号中的一支做为输出。

3.如权利要求1所述的自适应预测平滑RAKE接收方法，其特征在于信噪比测量比较器测量出一组信噪比，根据这组信噪比自适应决定滤波器的调整步长，并自适应的控制滤波器参数数据库的刷新周期。

4.如权利要求1所述的自适应预测平滑RAKE接收方法，其特征在于在信噪比测量比较器中使用一组其它判决变量，自适应决定滤波器的调整步长，并自适应的控制滤波器参数数据库的刷新周期。

5.如权利要求1所述的自适应预测平滑RAKE接收方法，其特征在于在信噪比测量比较器中用多参数输出的比较器代替单输出的比较器。

6.如权利要求1所述的自适应预测平滑RAKE接收方法，其特征在于使用多参数输出作为滤波器参数数据库的索引。

7.自适应预测平滑RAKE接收机，其特征为由匹配滤波器、时延搜索跟踪器、预测滤波器，平滑滤波器，时延调整器，乘法器，多径加法器，滤波器参数数据库、信噪比测量和比较器，三选一的选通器组成，其中：导频和数据的匹配滤波器的输入是接收端射频下变频后的基带信号，导频的匹配滤波器输出与预测滤波器和平滑滤波器的输入相连，预测滤波器和平滑滤波器的输出取共轭后连到乘法器的输入，该乘法器的另一个输入为数据的匹配滤波器的输出，乘法器的输出接到多径加法器，多径加法器的输出接到三选一的选通器输入，多径加法器的输出还和信噪比测量和比较器输入相连，信噪比测量和比较器的输出与三选一的选通器的选控端相连，信噪比测量和比较器的输出还与滤波器参数数据库输入相连，其中，信噪比测量和比较器包括测量器和比较器两部分，滤波器参数数据库包括预制参数控制器，关联表项和参数刷新控制器三部分。