CN1734958A - 新型高集成度可嵌入Rake接收机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种新型高集成度可嵌入Rake接收机系统，该系统中集成了诸如随机序列码发生器、正交信道化码发生器、随机序列解扰器、正交码道分离解调器、矢量点积器、小区带内信号功率测量、Finger时间追踪、Finger锁定指示、信道估计、去相位旋转合并、自动频率控制、信干比估计、接收自动增益控制等主要模块，以实现Rake接收机所必须的小区搜索/选择/重选、Finger解调、Finger解调合并等必要功能。该新型Rake接收机，几乎可完成除了信道解码(Viterbi译码、Turbo译码)以外的其它全部3G接收机功能，包括小区带内信号强度测量(小区搜索/选择/重选)、随机序列解扰、正交信道分离解调、小区导频同步跟踪、Finger时间追踪、Finger锁定指示、去相位旋转合并、接收自动增益控制、下行(前向)闭环功率控制、自动频率控制等。技术先进，成熟度好，非常适合于嵌入在通信芯片中以硬件的方式实现，可直接商用。
Description
技术领域：
本发明提出一种新型高集成度可嵌入Rake接收机系统，可广泛应用于各种高集成度的商用3G移动通信终端和基站收发信机设备。本发明提出的专利技术属于移动通信领域。
背景技术：
在移动通信中，移动台与基站之间的环境复杂，发射机发出的无线电波信号，在传输过程中受到不同建筑物、山岗、树林等各种障碍物的反射和折射，到达接收机的信号不会是一条路径来的信号，而是多径合成信号。对于非CDMA技术的移动通信系统，只能采用复杂的抵抗技术，减少影响。而对采用CDMA技术的移动通信系统(包括FDD模式、TDD模式的CDMA系统)，由于CDMA的相关特性，只要路径之间的时延差大于一个码片宽度，则在接收端可将这些不同路径的信号分别经过不同的延迟线，对齐以及合并在一起，就可以利用多径信号加强接收效果，此种技术称为RAKE分集接收技术(俗称路径分集)。
一般RAKE接收机由搜索器(Searcher)、指峰(Finger)解调单元、合并器(Combiner)3个模块组成。搜索器完成路径搜索，主要原理是利用码的自相关及互相关特性。Finger完成信号的解扩、正交信道解调，Finger的个数决定了正交信道解调可用的路径数，通常CDMA基站系统一个RAKE接收机由4个Finger组成，移动台由3个Finger组成。合并器完成多个解调器输出的信号的合并处理，通用的合并算法有选择式相加合并、等增益合并、最大比合并3种。合并后的信号输出到信道解码单元，进行信道解码处理。
RAKE接收机的基本原理就是将那些幅度明显大于噪声背景的多径分量取出，对它进行延时和相位校正，使之在某一时刻对齐，并按一定的规则进行合并，变矢量合并为代数求和，有效地利用多径分量，提高多径分集的效果。
根据CDMA系统中可分离的径的概念，当两信号的多径时延相差大于一个扩频码片宽度时，可以认为这两个信号是不相关的，或者说是路径可分离的。反应在频域上，即信号的传输带宽大于信号的相干带宽时，认为这两个信号是不相关的，或者说是路径可分离的。由于CDMA系统是宽带传输的，所有信道共享频率资源，所以CDMA系统可以使用RAKE接收技术，而其他两种多址技术TDMA、FDMA则无法使用。
RAKE接收机分集的度量取决于多径时延宽度和多径分离的能力。
在最大时延扩展为m的多径衰落信道中，RAKE的概念就是采用一种特定的宽带传输信号，其带宽W远远大于信道的相干带宽m，根据可分离的多径的概念，这种情况下可分离的多径数为W/m。于是RAKE接收机采用L个相关器，相邻相关器所处理的时延之差为1/W，每个相关器只从总的接收信号中提取相应延时的那部分多径信号。
如上所述，Rake接收机是FDD模式、TDD模式CDMA系统的核心部件，它要完成搜索器(Searcher)、指峰(Finger)解调单元、合并器(Combiner)3项主要功能。而这三项功能的实现，涉及到必须包含由随机化码序列发生器、正交信道化码发生器、随机序列解扰器、正交码道分离解调器、矢量点积器、小区(cell)带内(in band)信号功率测量、Finger时间追踪(Time Tracking)、Finger锁定指示、去相位旋转合并、自动频率控制(AFC)、信干比估计、接收自动增益控制(Rx-AGC)、信道估计等多种重要的核心功能模块构成的复杂系统结构。
本发明的内容旨在提出这样的一种新型Rake接收机，说明如何在该Rake接收机中集成上述各种重要的功能模块，构成一个可直接商用的高集成度、先进的Rake接收机系统。
发明内容：
设计目的：本发明提出一种新型Rake接收机系统，该系统中集成了诸如随机序列码发生器、正交信道化码发生器、随机序列解扰器、正交码道分离解调器、矢量点积器、小区带内信号功率测量、Finger时间追踪、Finger锁定指示、去相位旋转合并、自动频率控制、信干比估计、接收自动增益控制、信道估计等主要模块，以实现Rake接收机所必须的小区搜索/选择/重选、Finger解调、Finger解调合并等必要功能。
设计方案：本发明提出的Rake接收机系统框图，如附图一所示。
该Rake接收机系统由以下主要功能模块构成：
1、若干个Finger(指峰)前端。
Finger前端(Finger Front End)，也即Finger解调单元，是Rake接收机的核心部件，每一个Finger前端即是一个Finger解调单元，用于对某一条特定路径(具有某一特定时间迟延)传输的信号的(准)正交解调处理。
在附图一中，虚线框内的部分，是一个完整的“Finger前端”，标注为“第N个Finger”。
通常在一个Rake接收机中，集成有3~4个这样的Finger。
2、随机序列码发生器
随机序列码发生器用于产生准随机化码序列，如cdma2000的PN码序列和WCDMA的Gold码序列，发送到Finger中，用于完成随机序列解扰。
3、准正交信道化码发生器
准正交信道化码发生器输出准正交信道化码(到正交信道分离和解调单元)，这些准正交信道化码包括诸如cdma2000的WALSH码序列和WCDMA的OVSF(正交可变长度扩展因子)码序列，用于完成各个码道传输数据序列的正交分离。
4、去相位旋转合并器
在TDD模式和FDD模式的CDMA系统中，采用BPSK(双相键控调制)和QPSK(双相键控调制)方式将传送的数据码片调制成适宜射频传输的模拟信号。发射机发送的无线电波信号，在经过多径传输后，由于各路径传输迟延和衰减不同，以至到达接收机时，BPSK或QPSK信号存在相位旋转(由时间迟延不同的多个信号合成而产生)。
Rake接收机采用多个Finger解调单元，分别检测并解调出若干个信噪比最高的多径传输的信号分量，对这些分量进行延时和相位校正，使之在某一时刻对齐，并按一定的规则进行合并，从而消除相位旋转，并提高信噪比。去相位旋转合并器即用于完成对多径分量进行延时、相位校正、时间对齐，以及合并。在每个去相位旋转合并器，只有锁定的Finger解调单元输出才被用于去相位旋转合并。
去相位旋转合并器的输出被发送到信道解码单元(Viterbi译码单元/Turbo译码单元)，进一步完成信道解码过程。
5、功控比特合并单元
功控比特用于估计传输速率可变下行物理信道接收到的含噪信号的信噪比。对于各个传输速率可变下行物理信道，每个finger会提供一路功控比特序列。功控比特合并单元完成对各个Finger提供的功控比特序列进行延时、时间对齐，以及合并。功控比特合并单元的输出被发送到下行功率控制单元。
6、能量估计器
能量估计器用于测量各小区发送信号的带内能量(In Band Energy)强度，从而实现搜索最佳小区的功能。为了得到能量估计器的输入，需要对来自模拟基带电路的原始I/Q数据(为接收到的经过某一特定路径传输的小区信号)分别进行短周期积分(I信号和Q信号分别积分)，将积分结果构成一个新的I/Q数据序列，新的I/Q数据序列的数据率与随机化码序列速率相同。之后，计算新的I/Q数据序列的瞬时码片能量，将瞬时码片能量序列作为能量估计器的输入。
能量估计器的输出被发送给接收自动增益控制单元和Finger锁定指示单元，分别用于接收自动增益控制和判断相应Finger的锁定状态。
7、I/Q模数转换直流偏置电压控制器
I/Q模数转换直流偏置电压控制器对来自模拟基带电路的原始I/O信号进行积分、欠抽样和滤波，然后估计出I/Q模数转换直流偏置电压的误差，进而调整I/Q模数转换直流偏置电压，获得最大I/Q模数(A/D)转换动态范围。I/Q模数转换直流偏置电压控制器的输出被发送到I/Q模数转换单元(在模拟基带电路中)。
8、接收自动增益控制器
能量估计器的输出被发送给接收自动增益控制单元，接收自动增益控制根据能量估计器的输出结果，调整前端线性放大器的直流偏置电压，从而调整前端线性放大器的增益。
9、自动频率控制器
在Finger解调单元的随机序列解扰子单元中，同步I/Q积分收集器的输出，即为时间同步I/Q符号序列。时间同步I/Q符号序列的输出分成三路，第一路送到时间同步I/Q符号瞬时能量估计器；第二路送到信道估计器，用于估计各正交码道的符号解调过程所需要的加权系数；第三路送到自动频率控制(AFC)单元，调整本地载波的频率。
自动频率控制器接受来自Rake接收机内部多个Finger解调单元输出的时间同步I/Q符号序列，根据多个Finger解调单元输出的时间同步I/Q符号序列，调整本地载波的频率。
以上阐述的是本发明提出的新型Rake接收机系统的主要功能模块。在这些主要功能模块中，Finger解调单元是最重要、也最复杂的核心部件。下面详细阐述Finger解调单元的结构和功能。
一个Finger解调单元包括以下功能模块：
①积分欠抽样器
随机化码解扰单元完成对来自模拟基带电路的原始I/Q数据(为接收到的经过某一特定路径传输的小区信号)分别进行短周期积分(I信号和Q信号分别积分)，将积分结果构成一个新的I/Q数据序列，新的I/Q数据序列的数据率与随机化码序列速率相同。积分欠抽样器将新的I/Q数据序列发送到随机序列解扰单元。
②随机序列解扰单元
随机序列解扰单元利用随机化码序列发生器产生的随机化码，完成对来自积分欠抽样器的I/Q数据序列进行随机序列解扰。
积分欠抽样器的输出，送入随机化码解扰单元后，分成三路，一路送到时间同步随机序列解扰器，第二路送到时间超前随机序列解扰器，第三路送到时间延迟随机序列解扰器。时间超前随机序列解扰器的解扰的I/Q码片时间比时间同步随机序列解扰器解扰的I/Q码片时间提前3/M个码片，其中M是积分欠抽样器的积分码片长度(即模拟基带输入的I/Q信号速率与随机码序列速率之间的比值)。而时间延迟随机序列解扰器的解扰的I/Q码片时间比时间同步随机序列解扰器解扰的I/Q码片时间滞后3/M个码片。
时间同步随机序列解扰器的输出即为同步I/Q数据，同步I/Q数据序列输出分成两路，第一路发送到同步I/Q积分收集器，第二路送到正交码道分离解扩单元。
时间超前随机序列解扰器的输出即为超前I/Q数据，超前I/Q数据序列发送到超前I/Q积分收集器。
时间延迟随机序列解扰器的输出即为延迟I/Q数据，延迟I/Q数据序列发送到延迟I/Q积分收集器。
③正交码道分离解调单元
正交码道分离解扩单元完成同步I/Q数据序列信号包含的各码道数据的正交分离。通常正交码道分离解扩单元完成5~6个正交码道的数据分离。其输入分别是：一)同步I/Q数据序列，和二)正交信道化码。
正交码道分离是通过同步I/Q数据序列与各正交信道化码相乘而实现的。对于cdma2000，正交信道化码是WALSH序列。对于WCDMA和TD-SCDMA，正交序列化码是OVSF(正交可变长度扩频因子)码序列。
同步I/Q数据序列与各正交信道化码相乘的输出，分别发送到相应码道的积分收集器，实现对分离出码道数据进一步完成解扩过程。积分收集器的输出是各码道传输的符号序列的I/Q数据(解扩后的结果)。解扩后符号序列的I/Q数据在经过矢量点积器之后，即得到解调后的符号序列。
④Finger时间跟踪单元
在随机序列解扰单元中，(同步、超前、延迟)三路I/Q数据序列，在经过各自的I/Q积分收集器，即获得(同步、超前、延迟)三路I/Q符号序列。需要分别计算出三路I/Q符号序列的瞬时符号能量，然后将得到的三路瞬时符号能量序列均发送到Finger时间跟踪单元，Finger时间跟踪单元利用这三路瞬时符号能量序列确定发送给积分欠抽样器的抽样时间控制信号，利用抽样时间控制信号调整积分欠抽样器提前或延迟对来自模拟基带电路的原始I/Q数据的抽样时间点(每次调整3/M个原始码片时间)。
⑤Finger锁定指示器
Finger锁定指示器根据输入的同步I/Q符号序列的瞬时符号能量和来自能量估计器的小区带内功率测量值，计算出Finger对当前小区导频信号的锁定情况，并输出锁定指示，分别发送到Finger控制单元、Finger时间跟踪单元、去相位旋转合并单元。
⑥Finger控制单元
Finger控制单元根据Finger锁定指示，发送随机序列码片偏移调整和/或时间延迟调整信号到随机序列码发生器，控制随机序列码发生器调整码片偏移和/或时间延迟量。
⑦信道估计器
信道估计器用于估计各正交码道的符号解调过程所需要的加权系数，并将计算出加权系数发送到完成各正交码道符号解调的矢量点积器，矢量点积器使用加权系数完成对码道传输符号的解调。
⑧功控比特缓存单元
为完成下行(前向)业务信道和专用控制信道的闭环功率控制，需要估计信道的信干比。并且，对于下行(前向)基本业务信道和专用控制信道，采用功控比特估计信道信号干扰比。为此，在正交信道分离和解调单元中，使用功控比特缓存单元用于缓存Finger所提取出的下行(前向)基本业务信道和专用控制信道中的功控比特序列。
⑨时间同步I/Q符号序列输出
在随机序列解扰单元中，同步I/Q积分收集器的输出，即为时间同步I/Q符号序列。时间同步I/Q符号序列的输出分成三路，第一路送到时间同步I/Q符号序列瞬时能量估计器；第二路送到信道估计器，用于估计各正交码道的符号序列解调过程所需要的加权系数；第三路送到自动频率控制(AFC)单元，调整本地载波的频率。
⑩全速率信道的符号序列能量估计输出
为完成前向(下行)全速率业务信道(补充信道/下行分组信道等)的闭环功率控制，需要估计信道的信干比。在正交信道分离及解调单元中，利用全速率信道传输符号的瞬时能量估计信道的信干比。全速率信道传输符号的瞬时能量估计被发送到下行(前向)功率控制单元，用于进一步估计出信道的信干比。
技术方案：新型高集成度可嵌入Rake接收机系统，包括含一般Rake接收机通常具有的若干个Finger解调单元、随机序列码发生器、正交信道比码发生器、去相位旋转合并器，还包含以下功能单元：①能量估计器及输出；②I/Q模数转换直流偏置电压控制器及输出；③功控比特合并单元及输出；④时间同步I/Q符号输出(用于自动频率控制)；⑤全速率信道符号能量估计输出；⑥接收自动增益控制器及输出；⑦自动频率控制器。
采用功能完备、集成度高的可嵌入Finger解调单元，其特征是：这些Finger解调单元除包含一般Finger解调单元通常具有的积分欠抽样器、随机序列解扰单元、正交码道分离解调单元之外，还包含以下功能单元：①Finger时间跟踪单元；②Finger锁定指示器；③Finger控制单元；④信道估计器；⑤功控比特缓存单元；⑥时间同步I/Q符号输出；⑦全速率信道符号能量估计输出。
可嵌入Finger解调单元中，采用Finger时间跟踪单元，①积分欠抽样器的输出，送入随机化码解扰单元后，分成三路，一路送到时间同步承受机序列解扰器，第二路送到时间超前随机序列解扰器，第三路送到时间延迟随机序列解扰器。时间超前随机序列解扰器的解扰的I/Q码片时间比时间同步随机序列解扰器解扰的I/Q码片时间提前3/M个码片，其中M是积分欠抽样器的积分码片长度(即模拟基带输入的I/Q信号速率与随机码序列速率之间的比值)。而时间延迟随机序列解扰器的解扰的I/Q码片时间比时间同步随机序列解扰器解扰的I/Q码片时间滞后3/M个码片；时间同步随机序列解扰器的输出即为同步I/Q数据，同步I/Q数据序列输出分成两路，第一路发送到同步I/Q积分收集器，第二路送到正交码道分离解扩单元；时间超前随机序列解扰器的输出即为超前I/Q数据，超前I/Q数据序列发送到超前I/Q积分收集器；时间延迟随机序列解扰器的输出即为延迟I/Q数据，延迟I/Q数据序列发送到延迟I/Q积分收集器；②(同步、超前、延迟)三路I/Q数据序列，在经过各自的I/Q积分收集器，即获得(同步、超前、延迟)三路I/Q符号序列；需要分别计算出三路I/Q符号序列的瞬时符号能量，然后将得到的三路瞬时符号能量序列均发送到Finger时间跟踪单元。③Finger时间跟踪单元利用这三路瞬时符号能量序列确定发送给积分欠抽样器的抽样时间控制信号，利用抽样时间控制信号调整积分欠抽样器提前或延迟对来自模拟基带电路的原始I/Q数据的抽样时间点(每次调整3/M个原始码片时间)。
可嵌入Rake接收机系统中，采用能量估计器，①能量估计器用于测量各小区发送信号的带内能量(In Band Energy)强度，从而实现搜索最佳小区的功能；②为了得到能量估计器的输入，需要对来自模拟基带电路的原始I/Q数据分别进行短周期积分(I信号和Q信号分别积分)，将积分结果构成一个新的I/Q数据序列，新的I/Q数据序列的数据率与随机化码序列速率相同；③之后，计算新的I/Q数据序列的瞬时码片能量，将瞬时码片能量序列作为能量估计器的输入；④能量估计器的输出被发送给接收自动增益控制单元和Finger锁定指示单元，分别用于接收自动增益控制和判断相应Finger的锁定状态。
可嵌入Rake接收机系统中，采用I/Q模数转换直流偏置电压控制器，I/Q模数转换直流偏置电压控制器对来自模拟基带电路的原始I/O信号进行积分、欠抽样和滤波，然后估计出I/Q模数转换直流偏置电压的误差，进而调整I/Q模数转换直流偏置电压，获得最大I/Q模数(A/D)转换动态范围；I/Q模数转换直流偏置电压控制器的输出被发送到I/Q模数转换单元(在模拟基带电路中)。
可嵌入Rake接收机系统中，采用接收自动增益控制器，能量估计器的输出被发送给接收自动增益控制单元，接收自动增益控制根据能量估计器的输出结果，调整前端线性放大器的直流偏置电压，从而调整前端线性放大器的增益。
高集成度可嵌入Rake接收机系统中，采用自动频率控制器，①在Finger解调单元的随机序列解扰子单元中，同步I/Q积分收集器的输出，即为时间同步I/Q符号序列；时间同步I/Q符号序列的输出分成三路，第一路送到时间同步I/Q符号瞬时能量估计器；第二路送到信道估计器，用于估计各正交码道的符号解调过程所需要的加权系数；第三路送到自动频率控制(AFC)单元，调整本地载波的频率。②自动频率控制器接受来自Rake接收机内部多个Finger解调单元输出的时间同步I/Q符号序列，根据多个Finger解调单元输出的时间同步I/Q符号序列，调整本地载波的频率。
高集成度可嵌入Rake接收机系统中，采用功控比特合并器，①功控比特用于估计传输速率可变下行物理信道接收到的含噪信号的信噪比。②对于各个传输速率可变下行物理信道，每个finger会提供一路功控比特序列。③功控比特合并单元完成对各个Finger提供的功控比特序列进行延时、时间对齐，以及合并。功控比特合并单元的输出被发送到下行功率控制单元。
可嵌入Finger解调单元中，采用Finger锁定指示器，Finger锁定指示器根据输入的同步I/Q符号序列的瞬时符号能量和来自能量估计器的小区带内功率测量值，计算出Finger对当前小区导频信号的锁定情况，并输出锁定指示，分别发送到Finger控制单元、Finger时间跟踪单元、去相位旋转合并单元。
可嵌入Finger解调单元中，采用信道估计器，信道估计器用于估计各正交码道的符号解调过程所需要的加权系数，并将计算出加权系数发送到完成各正交码道符号解调的矢量点积器，矢量点积器使用加权系数完成对码道传输符号的解调。
可嵌入Finger解调单元中，采用Finger控制单元，Finger控制单元根据Finger锁定指示，发送随机序列码片偏移调整和/或时间延迟调整信号到随机序列码发生器，控制随机序列码发生器调整码片偏移和/或时间延迟量。
本发明提出的新型Rake接收机系统，具有功能完备、集成度高、可嵌入的优点，适用于3G终端设备和基站收发信机系统。这种新型Rake接收机，几乎可完成除了信道解码(Viterbi译码、Turbo译码)以外的其它全部3G接收机功能，包括小区带内信号强度测量(小区搜索/选择/重选)、随机序列解扰、正交信道分离解调、小区导频同步跟踪，Finger锁定指示、去相位旋转合并、接收自动增益控制、下行(前向)闭环功率控制、自动频率控制等。技术先进，成熟度好，非常适合于嵌入在通信芯片中以硬件的方式实现，可直接商用。
附图说明：
图1是新型、高集成度、可嵌入Rake接收机的系统框图。
该Rake接收机由以下主要功能模块构成：①若干个Finger解调单元。②随机序列码发生器。③准正交信道化码发生器。④去相位旋转合并器。⑤功控比特合并单元。⑥能量估计器。⑦I/Q模数转换直流偏置电压控制器。⑧接收自动增益控制器。⑨自动频率控制器。
其中，Finger解调单元是Rake接收机最核心的部件。一个Finger解调单元由以下子单元构成：①积分欠抽样器。②随机序列解扰单元。③正交码道分离解调单元。④Finger时间跟踪单元。⑤Finger锁定指示器。⑥Finger控制单元。⑦信道估计器。⑧功控比特缓存单元。⑨时间同步I/Q符号序列输出。⑩全速率信道的符号序列能量估计输出。上述单元的功能及相互之间关系，均已在发明内容中阐述说明。
具体实施方式：
实施例1：参照附图1。附图1是新型、高集成度、可嵌入Rake接收机的系统框图。
该Rake接收机系统工作过程：来自模拟基带电路的原始I/Q数据，输入到该Rake接收机的各Finger解调单元的积分欠抽样器。各Finger积分欠抽样器的输出，送入Finger随机化码解扰单元后，分成三路，一路送到时间同步随机序列解扰器，第二路送到时间超前随机序列解扰器，第三路送到时间延迟随机序列解扰器。(以下阐述内容，除特别说明外，均针对Finger解调单元内部。)
时间同步随机序列解扰器的输出即为同步I/Q数据，同步I/Q数据序列输出分成两路，第一路发送到同步I/Q积分收集器，第二路送到正交码道分离解扩单元。
时间超前随机序列解扰器的输出即为超前I/Q数据，发送到超前I/Q积分收集器。
时间延迟随机序列解扰器的输出即为延迟I/Q数据，发送到延迟I/Q积分收集器。
同步、超前、延迟三路I/Q数据序列，在经过各自的I/Q积分收集器，即获得(同步、超前、延迟)三路I/Q符号序列。需要分别计算出三路I/Q符号序列的瞬时符号能量，然后将得到的三路瞬时符号能量序列均发送到Finger时间跟踪单元，Finger时间跟踪单元利用这三路瞬时符号能量序列确定发送给积分欠抽样器的抽样时间控制信号，利用抽样时间控制信号调整积分欠抽样器提前或延迟对来自模拟基带电路的原始I/Q数据的抽样时间点(每次调整3/M个原始码片时间)。
Finger锁定指示器根据输入的同步I/Q符号序列的瞬时符号能量和来自能量估计器的小区带内功率测量值，计算出Finger对当前小区导频信号的锁定情况，并输出锁定指示，分别发送到Finger控制单元、Finger时间跟踪单元、去相位旋转合并单元。
正交码道分离解扩单元完成同步I/Q数据序列信号包含的各码道数据的正交分离。通常正交码道分离解扩单元完成5~6个正交码道的数据分离。其输入分别是：一)同步I/Q数据序列，和二)正交信道化码。
正交码道分离是通过同步I/Q数据序列与各正交信道化码相乘而实现的。对于cdma2000，正交信道化码是WALSH序列。对于WCDMA和TD-SCDMA，正交序列化码是OVSF(正交可变长度扩频因子)码序列。
同步I/Q数据序列与各正交信道化码相乘的输出，分别发送到相应码道的积分收集器，实现对分离出码道数据进一步完成解扩过程。积分收集器的输出是各码道传输的符号序列的I/Q数据(解扩后的结果)。解扩后符号序列的I/Q数据在经过矢量点积器之后，即得到解调后的符号序列。
信道估计器用于估计各正交码道的符号解调过程所需要的加权系数，并将计算出加权系数发送到完成各正交码道符号解调的矢量点积器，矢量点积器使用加权系数完成对码道传输符号的解调。
为完成下行(前向)业务信道和专用控制信道的闭环功率控制，需要估计信道的信干比。并且，对于下行(前向)基本业务信道和专用控制信道，采用功控比特估计信道信号干扰比。为此，在正交信道分离和解调单元中，使用功控比特缓存单元用于缓存Finger所提取出的下行(前向)基本业务信道和专用控制信道中的功控比特序列。
在随机序列解扰单元中，同步I/Q积分收集器的输出，即为时间同步I/Q符号。时间同步I/Q符号的输出分成三路，第一路送到时间同步I/Q符号瞬时能量估计器；第二路送到信道估计器，用于估计各正交码道的符号解调过程所需要的加权系数；第二路送到自动频率控制(AFC)单元，调整本地载波的频率。(自动频率控制单元在Finger解调单元外部，接受各Finger解调单元输出的时间同步I/Q符号。)
为完成前向(下行)全速率业务信道(补充信道/下行分组信道等)的闭环功率控制，需要估计信道的信干比。在正交信道分离及解调单元中，利用全速率信道传输符号的瞬时能量估计信道的信干比。全速率信道传输符号的瞬时能量估计被发送到下行(前向)功率控制单元，用于进一步估计出信道的信干比。
Rake接收机采用多个Finger解调单元，分别检测并解调出若干个信噪比最高的多径传输的信号分量，对这些分量进行延时和相位校正，使之在某一时刻对齐，并按一定的规则进行合并，从而消除相位旋转，并提高信噪比。去相位旋转合并器即用于完成对多径分量进行延时、相位校正、时间对齐，以及合并。在每个去相位旋转合并器，只有锁定的Finger解调单元输出才被用于去相位旋转合并。(去相位旋转合并器在Finger解调单元外部，接受各Finger解调输出的符号序列。)
去相位旋转合并器的输出被发送到信道解码单元(Viterbi译码单元/Turbo译码单元)，进一步完成信道解码过程。(信道解码单元在Rake接收机的外部。)
功控比特用于估计传输速率可变下行物理信道接收到的含噪信号的信噪比。对于各个传输速率可变下行物理信道，每个finger会提供一路功控比特序列。功控比特合并单元完成对各个Finger提供的功控比特序列进行延时、时间对齐，以及合并。功控比特合并单元的输出被发送到下行功率控制单元。(功控比特合并单元、下行功率控制单元在Finger解调单元外部。)
能量估计器用于测量各小区发送信号的带内能量(In Band Energy)强度，从而实现搜索最佳小区的功能。能量估计器的输出被发送给接收自动增益控制单元和Finger锁定指示单元，分别用于接收自动增益控制和判断相应Finger的锁定状态。(能量估计器在Finger解调单元外部。)
I/Q模数转换直流偏置电压控制器对来自模拟基带电路的原始I/O信号进行积分、欠抽样和滤波，然后估计出I/Q模数转换直流偏置电压的误差，进而调整I/Q模数转换直流偏置电压，获得最大I/Q模数转换动态范围。I/Q模数转换直流偏置电压控制器的输出被发送到I/Q模数转换单元。(I/Q模数转换直流偏置电压控制器在Finger解调单元外部，而I/Q模数转换单元在模拟基带电路中)。
综上所述，本发明提出的新型Rake接收机系统，具有功能完备、集成度高的优点，可用于3G终端设备和基站收发信机系统。这种新型Rake接收机，几乎可完成除了信道解码(Viterbi译码、Turbo译码)以外的其它全部3G接收机功能，包括小区带内信号强度测量(小区搜索/选择/重选)、随机序列解扰、正交信道分离解调、小区导频同步跟踪、Finger时间追踪、Finger锁定指示、信道估计、去相位旋转合并、接收自动增益控制、下行(前向)闭环功率控制、自动频率控制等。技术先进，成熟度好，非常适合于嵌入在通信芯片中以硬件的方式实现，可直接商用。
需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明作了比较详细的说明，但是这些说明只是对本发明说明性的，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神内的发明创造，均落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1、一种新型高集成度可嵌入Rake接收机系统，包括含一般Rake接收机通常具有的若干个Finger解调单元、随机序列码发生器、正交信道化码发生器、去相位旋转合并器，其特征是：还包含以下功能单元：
(1)能量估计器及输出；
(2)I/Q模数转换直流偏置电压控制器及输出；
(3)功控比特合并单元及输出；
(4)时间同步I/Q符号输出(用于自动频率控制)；
(5)全速率信道符号能量估计输出；
(6)接收自动增益控制器及输出；
(7)自动频率控制器。
2、根据权利要求1所述的新型高集成度可嵌入Rake接收机系统，其特征是：这些Finger解调单元除包含一般Finger解调单元通常具有的积分欠抽样器、随机序列解扰单元、正交码道分离解调单元之外，还包含以下功能单元：
(1)Finger时间跟踪单元；
(2)Finger锁定指示器；
(3)Finger控制单元；
(4)信道估计器；
(5)功控比特缓存单元；
(6)时间同步I/Q符号输出；
(7)全速率信道符号能量估计输出。
3、根据权利要求2所述的新型高集成度可嵌入Rake接收机系统，其特征是：
①积分欠抽样器的输出，送入随机化码解扰单元后，分成三路，一路送到时间同步随机序列解扰器，第二路送到时间超前随机序列解扰器，第三路送到时间延迟随机序列解扰器。时间超前随机序列解扰器的解扰的I/Q码片时间比时间同步随机序列解扰器解扰的I/Q码片时间提前3/M个码片，其中M是积分欠抽样器的积分码片长度(即模拟基带输入的I/Q信号速率与随机码序列速率之间的比值)。而时间延迟随机序列解扰器的解扰的I/Q码片时间比时间同步随机序列解扰器解扰的I/Q码片时间滞后3/M个码片；时间同步随机序列解扰器的输出即为同步I/Q数据，同步I/Q数据序列输出分成两路，第一路发送到同步I/Q积分收集器，第二路送到正交码道分离解扩单元；时间超前随机序列解扰器的输出即为超前I/Q数据，超前I/Q数据序列发送到超前I/Q积分收集器；时间延迟随机序列解扰器的输出即为延迟I/Q数据，延迟I/Q数据序列发送到延迟I/Q积分收集器；
②(同步、超前、延迟)三路I/Q数据序列，在经过各自的I/Q积分收集器，即获得(同步、超前、延迟)三路I/Q符号序列；需要分别计算出三路I/Q符号序列的瞬时符号能量，然后将得到的三路瞬时符号能量序列均发送到Finger时间跟踪单元。
③Finger时间跟踪单元利用这三路瞬时符号能量序列确定发送给积分欠抽样器的抽样时间控制信号，利用抽样时间控制信号调整积分欠抽样器提前或延迟对来自模拟基带电路的原始I/Q数据的抽样时间点(每次调整3/M个原始码片时间)。
4、根据权利要求1所述的新型高集成度可嵌入Rake接收机系统，其特征是：
①能量估计器用于测量各小区发送信号的带内能量(In Band Energy)强度，从而实现搜索最佳小区的功能；
②为了得到能量估计器的输入，需要对来自模拟基带电路的原始I/Q数据分别进行短周期积分(I信号和Q信号分别积分)，将积分结果构成一个新的I/Q数据序列，新的I/Q数据序列的数据率与随机化码序列速率相同；
③之后，计算新的I/Q数据序列的瞬时码片能量，将瞬时码片能量序列作为能量估计器的输入；
④能量估计器的输出被发送给接收自动增益控制单元和Finger锁定指示单元，分别用于接收自动增益控制和判断相应Finger的锁定状态。
5、根据权利要求1所述的新型高集成度可嵌入Rake接收机系统，其特征是：I/Q模数转换直流偏置电压控制器对来自模拟基带电路的原始I/O信号进行积分、欠抽样和滤波，然后估计出I/Q模数转换直流偏置电压的误差，进而调整I/Q模数转换直流偏置电压，获得最大I/Q模数(A/D)转换动态范围；I/Q模数转换直流偏置电压控制器的输出被发送到I/Q模数转换单元(在模拟基带电路中)。
6、根据权利要求1所述的新型高集成度可嵌入Rake接收机系统，其特征是：能量估计器的输出被发送给接收自动增益控制单元，接收自动增益控制根据能量估计器的输出结果，调整前端线性放大器的直流偏置电压，从而调整前端线性放大器的增益。
7、根据权利要求1所述的新型高集成度可嵌入Rake接收机系统，其特征是：
①在Finger解调单元的随机序列解扰子单元中，同步I/Q积分收集器的输出，即为时间同步I/Q符号序列；时间同步I/Q符号序列的输出分成三路，第一路送到时间同步I/Q符号瞬时能量估计器；第二路送到信道估计器，用于估计各正交码道的符号解调过程所需要的加权系数；第三路送到自动频率控制(AFC)单元，调整本地载波的频率。
②自动频率控制器接受来自Rake接收机内部多个Finger解调单元输出的时间同步I/Q符号序列，根据多个Finger解调单元输出的时间同步I/Q符号序列，调整本地载波的频率。
8、根据权利要求1所述的新型高集成度可嵌入Rake接收机系统，其特征是：
①功控比特用于估计传输速率可变下行物理信道接收到的含噪信号的信噪比。
②对于各个传输速率可变下行物理信道，每个finger会提供一路功控比特序列。
③功控比特合并单元完成对各个Finger提供的功控比特序列进行延时、时间对齐，以及合并。功控比特合并单元的输出被发送到下行功率控制单元。
9、根据权利要求2所述的新型高集成度可嵌入Rake接收机系统，其特征是：Finger锁定指示器根据输入的同步I/Q符号序列的瞬时符号能量和来自能量估计器的小区带内功率测量值，计算出Finger对当前小区导频信号的锁定情况，并输出锁定指示，分别发送到Finger控制单元、Finger时间跟踪单元、去相位旋转合并单元。
10、根据权利要求2所述的新型高集成度可嵌入Rake接收机系统，其特征是：信道估计器用于估计各正交码道的符号解调过程所需要的加权系数，并将计算出加权系数发送到完成各正交码道符号解调的矢量点积器，矢量点积器使用加权系数完成对码道传输符号的解调；Finger控制单元根据Finger锁定指示，发送随机序列码片偏移调整和/或时间延迟调整信号到随机序列码发生器，控制随机序列码发生器调整码片偏移和/或时间延迟量。
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