CN1236575C - 宽带码分多址上行链路接收的多径搜索方法 - Google Patents

Abstract

一种宽带码分多址上行链路接收的多径搜索方法，包括以下步骤：a.根据当前slot各径位置能量进行初判；b.依据初判结果选择平滑因子，对各径能量进行slot平滑；c.根据平滑后的径能量重新进行判决；d.将结果储存到寄存器中。通过仿真结果表明，虽然双平滑因子多径搜索方法的假径捕获概率高于单平滑因子多径搜索方法，然而当双平滑因子中的α₂取值适当(0.5~0.7)时，假径捕获概率增大的幅度不大。但是，就径捕获时延特性而言，双平滑因子多径搜索方法明显优于传统的单平滑因子多径搜索方法。

Description

宽带码分多址上行链路接收的多径搜索方法

技术领域

本发明涉及一种通讯领域的宽带码分多址(WCDMA)系统中RAKE接收系统，具体地说，涉及一种上行链路接收的多径搜索方法。

背景技术

在WCDMA上行链路接收系统中，多径搜索是基站基带接收子系统中不可缺少的部分(如图1所示)，多径搜索的功能是为解调指峰(finger)解扰、解扩，以及RAKE合并等提供径位置信息。根据WCDMA上行链路专用物理控制信道/专用物理数据信道(DPCCH/DPDCH)的帧结构，多径搜索一般采用下述方法：对于搜索窗内的每一参考位置，首先对接收的基带信号解扰，然后用DPCCH的扩频码分别对(经解扰之后的)I路和Q路基带信号解扩，取I路和Q路解扩数据的平方和，得到DPCCH符号能量，在一个时隙(slot)内进行多符号累加，再进行slot能量平滑，最后将平滑能量与判决门限比较，进行径位置判定。Slot能量平滑的目的是为了消除干扰，降低假径出现的概率。但是上述传统的单平滑因子多径搜索方法导致了另一个问题：径捕获时延。在WCDMA系统中，某些情形下径捕获时延特性对于系统的性能好坏起着关键性作用(例如压缩模式)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双平滑因子多径搜索方法，以克服传统单平滑因子多径搜索方法径捕获时延大的弱点。

本发明的技术方案是：一种宽带码分多址上行链路接收的多径搜索方法，包括以下步骤：

a：根据当前slot各径位置能量进行初判；

b：依据初判结果选择平滑因子，对各径能量进行slot平滑；

c：根据平滑后的径能量重新进行判决；

d：将结果储存到寄存器中。

本发明的显著效果可从如下的仿真对比实验中看出：

1.仿真环境

●信道：白噪声+瑞利衰落(fading+moving+birth-death)。

●moving特性：每10个slot漂移1/8码片，漂移范围为±1个码片。

●fading特性：4径。各径相对功率分别为0dB、0dB、0dB、0dB；各径相对延时随机设定。

●birth-death周期：15个slot。

●双天线分集接收

●背景白噪声功率(dBm)：3.18e-8。

●信道衰减(dB)：110。

2.仿真结果

(1)如图4所示：显然，移动台在移动速度为50km/h的情况下，采用双平滑因子多径搜索算法，可以有效缩短搜索时延。

(2)如图5所示：此结果表明，移动台在移动速度为50km/h的情况下，采用双平滑因子多径搜索算法，可能会导致假径出现率升高，但只要调整平滑因子α₁α₂的值，可以获得与单平滑因子相同或相似的假径出现率。

(3)如图6所示：此结果表明，移动台在移动速度为120km/h的情况下，采用双平滑因子多径搜索算法，可以有效缩短搜索时延。

(4)如图7所示：此结果表明，移动台在移动速度为120km/h的情况下，采用双平滑因子多径搜索算法，可能会导致假径出现率升高，但只要调整平滑因子α₁α₂的值，可以获得与单平滑因子相似的假径出现率。

3.结论

仿真结果表明，虽然双平滑因子多径搜索方法的假径捕获概率高于单平滑因子多径搜索方法，然而当双平滑因子中的α₂取值适当(0.5~0.7)时，假径捕获概率增大的幅度不大。但是，就径捕获时延特性而言，双平滑因子多径搜索方法明显优于传统的单平滑因子多径搜索方法。

附图说明

图1是宽带码分多址上行链路基带接收系统框图。

图2是双平滑因子多径搜索方法的结构示意图。

图3是宽带码分多址反向链路DPCCH/DPDCH帧结构。

图4是当移动台速度为50Km/h时本发明的多径搜索方法与传统多径搜索方法关于捕获时延特性的比较。

图5是当移动台速度为120Km/h时本发明的多径搜索方法与传统多径搜索方法关于捕获时延特性的比较。

图6是当移动台速度为50Km/h时本发明的多径搜索方法与传统多径搜索方法关于假径捕获概率的比较。

图7是当移动台速度为120Km/h时本发明的多径搜索方法与传统多径搜索方法关于假径捕获概率的比较。

具体实施方式

在WCDMA反向链路中，专用物理数据信道(DPDCH)和专用物理控制信道(DPCCH)在一个slot内采用实/虚部的编码复用，若干个slot构成一个无线帧，其帧结构如图3所示：图中的一个10ms帧由15个时隙构成，每个时隙分实部和虚部两部分，实部是专用物理数据信道，虚部是专用物理控制信道。这里为简单起见，假定每个用户只有一个DPDCH。令N表示激活用户数，L_n表示第n个用户(1≤n＜N)的多径数，第n个用户DPDCH、DPCCH的数据比特流(取值±1)分别为

$\left\{d_{n,i}^{\left(I\right)}\right\}=\{\·\·\·,d_{n,0}^{\left(I\right)},d_{n,1}^{\left(I\right)},\·\·\·\}---\left(1\right)$

$\left\{d_{n,i}^{\left(Q\right)}\right\}=\{\·\·\·,d_{n,0}^{\left(Q\right)},d_{n,1}^{\left(Q\right)},\·\·\·\}---\left(2\right)$

第n个用户DPDCH、DPCCH的扩频序列(取值±1)分别为

$\left\{c_{n,i}^{\left(I\right)}\right\}=\{\·\·\·,c_{n,0}^{\left(I\right)},c_{n,1}^{\left(I\right)},\·\·\·\}---\left(3\right)$

$\left\{c_{n,i}^{\left(Q\right)}\right\}=\{\·\·\·,c_{n,0}^{\left(Q\right)},c_{n,1}^{\left(Q\right)},\·\·\·\}---\left(4\right)$

其中 $c_{n,i}^{\left(I\right)}=c_{n,i+M_n^{\left(I\right)}}^{\left(I\right)},c_{n,i}^{\left(Q\right)}=c_{n,i+M^{\left(Q\right)}}^{\left(Q\right)},$ M_n ^(I)和M^(Q)分别表示第n个用户DPDCH、DPCCH的扩频因子。需要注意的是，不同用户的DPDCH的扩频因子M_n ^(I)可以不同，但所有用户的DPCCH的扩频因子M^(Q)均相同。令d_n ^(I)(t)、d_n ^(Q)(t)分别表示第n个用户DPDCH、DPCCH的窄带调制信号波形，c_n ^(I)(t)、c_n ^(Q)(t)分别表示第n个用户DPDCH、DPCCH的扩频波形，则有

$d_n^{\left(I\right)}\left(t\right)=\underset{i=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{d}_{n,i}^{\left(I\right)}{P}_{{\mathrm{Td}}_n^{\left(I\right)}}(t-\mathrm{iT}{d}_n^{\left(I\right)})---\left(5\right)$

$d_n^{\left(Q\right)}\left(t\right)=\underset{i=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{d}_{n,i}^{\left(Q\right)}{P}_{{\mathrm{Td}}^{\left(Q\right)}}(t-\mathrm{iT}{d}^{\left(Q\right)})---\left(6\right)$

$c_n^{\left(I\right)}\left(t\right)=\underset{i=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{n,i}^{\left(I\right)}{P}_{\mathrm{Tc}}(t-\mathrm{iTc})---\left(7\right)$

$c_n^{\left(Q\right)}\left(t\right)=\underset{i=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{n,i}^{\left(Q\right)}{P}_{\mathrm{Tc}}(t-\mathrm{iTc})---\left(8\right)$

其中P_T(t)表示宽度为T的单位脉冲信号：

Td_n ^(I)、Td^(Q)分别表示第n个用户DPDCH、DPCCH的数据比特周期，Tc为码片周期，且有

$M_n^{\left(I\right)}\·\mathrm{Tc}={\mathrm{Td}}_n^{\left(I\right)}---\left(10\right)$

M^(Q)·Tc＝Td^(Q)    (11)

令ξ_n，l(t)＝x_n，l(t)+jy_n，l(t)、τ_n，l分别表示第n个用户信号第l条路径的复数值信道冲击响应和传输时延，假定DPDCH和DPCCH的发射功率相同，则接收的基带信号经解扰之后可表示为

$\begin{array}{c}r\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L_n}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{2P_n}{\mathrm{\ξ}}_{n,l}\left(t\right)\·[c_n^{\left(I\right)}(t-{\mathrm{\τ}}_{n,l})d_n^{\left(I\right)}(t-{\mathrm{\τ}}_{n,l})\\ +j{c}_n^{\left(Q\right)}(t-{\mathrm{\τ}}_{n,l})d_n^{\left(Q\right)}(t-{\mathrm{\τ}}_{n,l})]+n\left(t\right)\end{array}---\left(12\right)$

其中P_n表示第n个用户DPDCH/DPCCH的发射功率。若不考虑加性高斯白噪声n(t)的影响，则上式可表示为

r(t)＝r_R(t)+jr_I(t)

$=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L_n}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{2P_n}[{(x}_{n,l}\left(t\right)c_n^{\left(I\right)}(t-{\mathrm{\τ}}_{n,l})d_n^{\left(I\right)}(t-{\mathrm{\τ}}_{n,l})-y_{n,l}\left(t\right)c_n^{\left(Q\right)}(t-{\mathrm{\τ}}_{n,l})d_n^{\left(Q\right)}(t-{\mathrm{\τ}}_{n,l}))$

$+j(x_{n,l}\left(t\right)c_n^{\left(Q\right)}(t-{\mathrm{\τ}}_{n,l})d_n^{\left(Q\right)}(t-{\mathrm{\τ}}_{n,l})+y_{n,l}\left(t\right)c_n^{\left(I\right)}(t-{\mathrm{\τ}}_{n,l})d_n^{\left(I\right)}(t-{\mathrm{\τ}}_{n,l}))]---\left(13\right)$

如图2所示：本发明的双平滑因子多径搜索方法的的基本过程是：首先根据当前slot各径位置能量进行初判，依据初判结果选择平滑因子，对各径能量进行slot平滑，然后根据平滑后的径能量重新进行判决，最后将结果储存到寄存器中(图中箭头表示结果的存储)。

step1：计算当前接收的slot各径能量

对当前接收slot的I路(实部)信号和Q路(虚部)信号分别用c_n ^(Q)(t)解扩，并令z_n，l ^(I)(h，m)、z_n，l ^(Q)(h，m)表示第h个时隙的第m个符号位置的匹配滤波器输出，则有

$z_{n,l}^{\left(I\right)}(h,m)=\frac{1}{{\mathrm{Td}}^{\left(Q\right)}}\underset{{\mathrm{hT}}_{\mathrm{slot}}+(m-1){\mathrm{Td}}^{\left(Q\right)}+{\mathrm{\τ}}_{n,l}}{\overset{{\mathrm{hT}}_{\mathrm{slot}}+\mathrm{mT}{d}^{\left(Q\right)}+{\mathrm{\τ}}_{n,l}}{\∫}}{r}_R\left(t\right)c_n^{\left(Q\right)}(t-{\mathrm{\τ}}_{n,l})\mathrm{dt}---\left(14\right)$

$z_{n,l}^{\left(Q\right)}(h,m)=\frac{1}{{\mathrm{Td}}^{\left(Q\right)}}\underset{h{T}_{\mathrm{slot}}+(m-1){\mathrm{Td}}^{\left(Q\right)}+{\mathrm{\τ}}_{n,l}}{\overset{{\mathrm{hT}}_{\mathrm{slot}}+\mathrm{mTd}\left(Q\right)+{\mathrm{\τ}}_{n,l}}{\∫}}{r}_I\left(t\right)c_n^{\left(Q\right)}(t-{\mathrm{\τ}}_{n,l})\mathrm{dt}---\left(15\right)$

其中T_slot为时隙宽度。

由公式(14)、(15)可得符号能量：

$W_{n,l}(h,m)={\left|z_{n,l}^{\left(I\right)}(h,m)\right|}^2+{\left|z_{n,l}^{\left(Q\right)}(h,m)\right|}^2---\left(16\right)$

设DPCCH每时隙有N_p个导频符号。在slot内进行符号能量累加得到当前slot各径能量

$\begin{array}{cc}{W}_{n,l}\left(h\right)=\underset{m=0}{\overset{N_p-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_{n,l}(h,m)& (0\&le;l<S)---\left(17\right)\end{array}$

式中S为搜索窗宽度。

step2：计算门限值

这里门限值的计算采用基于噪声功率的方法。由公式(17)，可得门限值：

$V=\mathrm{\&beta;}\&CenterDot;\frac{1}{S}\underset{l=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_{n,l}\left(h\right)---\left(18\right)$

这里β为门限系数。

step3：初判并设置径标志

将各径能量与门限值进行比较，并根据比较结构设置径标志：

这里V是判决门限值，W_n，l(h)表示第n个用户第h个slot、第l条径位置的能量，S表示搜索窗宽度。

step4：径能量slot平滑

径能量slot平滑时，根据过去slot的径标志 path(h-1，l)和当前slot的径标志path(h，l)的不同情况，分别取不同的平滑因子α₁或α₂(α₁比α₂小，并且α₁通常小于等于0.5)。当过去slot的径标志 path(h-1，l)和当前slot的径标志path(h，l)相同时，取较小的平滑因子α₁；当过去slot的径标志 path(h-1，l)和当前slot的径标志path(h，l)不同时，取较大的平滑因子α₂。公式表述如下：

(20)

这里 path(h-1，l)表示第h-1个slot、l位置的径标志， W_n，l(h-1)表示第n个用户第h-1个slot、第l条径位置经过平滑之后的能量， W_n，l(h)表示第n个用户第h个slot、第l条径位置经过平滑之后的能量。

step5：重新计算门限值

类似于step2，重新计算门限值，即公式(18)中的W_n，l(h)用 W_n，l(h)代替。

step6：径判决及径标志设置

类似于step3，将各径的能量与门限值进行比较，并根据比较结构设置径标志：

step7：径选择

根据step6的结果及系统设定的径数目，选择能量最强的若干条径。

step8：径能量、径标记存储

将step4计算出的径的标记和能量信息存储到寄存器中，留待下一slot做径能量的平滑处理。

Claims (3)

1、一种宽带码分多址上行链路接收的多径搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：

a：根据当前时隙各径位置能量进行初判；

b：依据初判结果选择平滑因子，对各径能量进行时隙平滑；

c：根据平滑后的径能量重新进行判决；

d：将结果储存到寄存器中；

所述的方法为双平滑因子多径搜索方法；

所述的步骤a包括：

a1：计算当前接收的时隙各径能量；

a2：计算判决门限值；

a3：将各径能量与判决门限值进行比较，并根据比较结果设置径标志；

所述的步骤b是：时隙的径标志分为过去和当前，依据过去和当前时隙的径标志的不同情况，分别取不同的平滑因子α₁、α₂，进行径能量平滑；

所述的步骤c包括：

c1：重新计算判决门限值；

c2：将各径能量与门限值进行比较，并根据比较结果设置径标志；

c3：根据步骤c2的结果及系统设定的径数目，选择能量最强的若干条径；

所述的步骤d是指：经过步骤b对各径能量进行时隙平滑，算出径的标记和能量信息后，存储到寄存器中，留侍下一时隙做径能量的平滑处理。

2.根据权利要求1所述的宽带码分多址上行链路接收的多径搜索方法，其特征在于，所述的步骤a3及步骤c1中的径标志公式为：

这里V是判决门限值，W_n，l(h)表示第n个用户第h个时隙、第l条径位置的能量，S表示搜索窗宽度。

3.根据权利要求1所述的宽带码分多址上行链路接收的多径搜索方法，

其特征在于，所述的步骤b中的径能量平滑公式为，即：

这里 path(h-1，l)表示第h-1个时隙、l位置的径标志， W_n，l(h-1)表示第n个用户第h-1个时隙、第l条径位置经过平滑之后的能量， W_n，l(h)表示第n个用户第h个时隙、第l条径位置经过平滑之后的能量。

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