專利名稱：瑞克接收機(jī)多徑選擇判決方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，特別涉及一種瑞克(Rake)接收機(jī)多徑選擇判決方法及其裝置。
背景技術(shù)：
在無(wú)線通信中，由于發(fā)射信號(hào)在傳輸過(guò)程中的反射或折射，接收端接收到的將是時(shí)延不同的多條路徑信號(hào)的疊加，其時(shí)延分布規(guī)律符合平均分布規(guī)律。由于移動(dòng)臺(tái)和周圍物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不同時(shí)刻多徑信號(hào)的分布和幅度是變化的，因此這種疊加信號(hào)具有快衰落特征，從而使接收端的接收信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的失真、波形展寬、波形重疊和畸變，造成通信系統(tǒng)解調(diào)器的輸出出現(xiàn)大量差錯(cuò)，以至完全不能通信。
在CDMA系統(tǒng)中，為了提高抗干擾能力和抗多徑能力，發(fā)射機(jī)一般對(duì)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制處理后再發(fā)送，而在接收信號(hào)時(shí)則借助Rake接收技術(shù)在接收端將多徑信號(hào)的各條路徑分離出來(lái)，分別校正每條路徑接收信號(hào)的相位并使之按一定規(guī)則相加，從而克服衰落現(xiàn)象并增加接收功率。
圖1示出了CDMA系統(tǒng)中Rake接收機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，Rake接收機(jī)包括多徑搜索模塊1、信道估計(jì)模塊2、解調(diào)模塊3、多徑合并單元4和譯碼單元5。其中，多徑搜索模塊1從多徑信號(hào)中搜索可能存在的各條路徑信號(hào)并根據(jù)預(yù)先確定的判決原則篩選出若干條路徑的信號(hào)提供給解調(diào)模塊3和信道估計(jì)模塊2。信道估計(jì)模塊2可根據(jù)每徑信號(hào)的導(dǎo)頻符號(hào)信息估計(jì)出該徑信號(hào)每個(gè)傳輸數(shù)據(jù)符號(hào)位置上的信道參數(shù)并提供給解調(diào)模塊3。解調(diào)模塊3利用該信道估計(jì)值對(duì)多徑搜索模塊篩選出來(lái)的多徑信號(hào)進(jìn)行解調(diào)并得到它們的估計(jì)值。多徑合并單元4將解調(diào)模塊4解調(diào)出來(lái)的多徑信號(hào)按照一定的規(guī)則合并提供給譯碼單元5進(jìn)行譯碼處理。
多徑搜索模塊1在篩選路徑信號(hào)時(shí)可以采用各種不同的判決原則，一般常采用基于相關(guān)能量的判決方法。在一定的延時(shí)范圍內(nèi)，各個(gè)延遲時(shí)間位置上的相關(guān)能量值表征了各條路徑上信號(hào)強(qiáng)度的大小，因此可根據(jù)一定的判決原則，將相關(guān)能量值較大(即信號(hào)強(qiáng)度較大)的路徑信號(hào)篩選出來(lái)。在發(fā)明名稱為“瑞克接收機(jī)”的中國(guó)專利97117647.7中揭示了一種采用固定的能量門限篩選路徑信號(hào)的判決方法，在該方法中，相關(guān)能量值大于某一固定不變的能量門限的路徑信號(hào)被選取出來(lái)提供給信道估計(jì)模塊和解調(diào)模塊進(jìn)行處理，其余的路徑信號(hào)則被忽略。但是這種方法存在不適應(yīng)快速變化環(huán)境的缺點(diǎn)，具體而言，當(dāng)實(shí)際移動(dòng)環(huán)境發(fā)生劇烈變化時(shí)，每條路徑信號(hào)的幅度和相位始終受到快衰落的影響，因此如果固定門限方法不能去除那些受到嚴(yán)重衰落的多徑信號(hào)而將其繼續(xù)輸出至解擴(kuò)器中，則將不但無(wú)益于提高系統(tǒng)增益，而且還會(huì)影響解擴(kuò)的準(zhǔn)確性，增加誤碼率。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種新穎改進(jìn)的瑞克(Rake)接收機(jī)多徑選擇判決方法及其裝置，它能夠準(zhǔn)確地選出對(duì)系統(tǒng)有較大增益的多徑而剔除已經(jīng)受到嚴(yán)重衰落的多徑，從而既能保證信號(hào)具有較大的增益，又能使信號(hào)保持較低的誤碼率，與此同時(shí)，本發(fā)明的多徑選擇判決方法還能夠?qū)π诺拉h(huán)境的變化作出及時(shí)的反應(yīng)，以始終保證被選擇路徑的正確性和有效性。
按照本發(fā)明的瑞克接收機(jī)多徑選擇判決方法包含以下步驟(1)根據(jù)接收信號(hào)和本地已知導(dǎo)頻符號(hào)生成各延遲位置上的相關(guān)能量以得到延遲能量功率譜；(2)根據(jù)上述步驟(1)得到的延遲能量功率譜確定多徑選擇判決所需的相關(guān)能量門限值；以及(3)根據(jù)上述步驟(2)確定的相關(guān)能量門限值確定可進(jìn)行多徑合并的有效多徑分量，其特征在于，步驟(2)包括以下步驟(2a)將上述延遲能量功率譜中除前N個(gè)具有較大相關(guān)能量值的延遲位置以外的延遲位置上的相關(guān)能量值相加并除以延遲位置的總數(shù)以得到平均噪聲能量；以及
(2b)將得到的平均噪聲能量的M倍設(shè)定為第一閾值，而將上述延遲能量功率譜中最大的相關(guān)能量值的1/X倍作為第二閾值，而且，步驟(3)包括以下步驟當(dāng)延遲位置上的相關(guān)能量值大于或等于第一閾值與第二閾值中的最大值時(shí)，該延遲位置代表的路徑確定為有效路徑，否則不作為有效路徑。
按照本發(fā)明的瑞克接收機(jī)多徑選擇判決裝置，包含導(dǎo)頻相關(guān)裝置，用于根據(jù)接收信號(hào)與本地已知導(dǎo)頻符號(hào)生成各延遲位置上的相關(guān)能量以得到延遲能量功率譜；門限設(shè)定裝置，用于根據(jù)上述導(dǎo)頻相關(guān)裝置得到的延遲能量功率譜確定多徑選擇判決所需的相關(guān)能量門限值；以及判決裝置，用于根據(jù)上述門限設(shè)置裝置確定的相關(guān)能量門限值確定可進(jìn)行多徑合并的有效多徑分量，其特征在于，門限設(shè)定裝置以下列方式確定相關(guān)能量門限值(a)將上述延遲能量功率譜中除前N個(gè)具有較大相關(guān)能量值的延遲位置以外的延遲位置上的相關(guān)能量值相加并除以延遲位置的總數(shù)以得到平均噪聲能量；以及(b)將得到的平均噪聲能量的M倍設(shè)定為第一閾值，而將上述延遲能量功率譜中最大的相關(guān)能量值的1/X倍作為第二閾值，而且，判決裝置以下列方式確定有效多徑分量當(dāng)延遲位置上的相關(guān)能量值大于或等于第一閾值與第二閾值中的最大值時(shí)，該延遲位置代表的路徑確定為有效路徑，否則不作為有效路徑。
在本發(fā)明的基于相關(guān)能量的多徑選擇判決方法中，采用雙門限策略來(lái)篩選有效路徑分量，其中第一閾值主要用于剔除干擾多徑，而第二閾值主要用于選擇具有足夠大信噪比(SNR)的多徑分量，由此可根據(jù)信道衰落情況對(duì)門限進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在本發(fā)明的方法中，第一閾值和第二閾值隨延遲能量功率譜的變化而變化，因此能夠準(zhǔn)確及時(shí)反映信道環(huán)境的變化以進(jìn)一步保證多徑選擇的準(zhǔn)確性和有效性。


通過(guò)以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)描述可進(jìn)一步理解本發(fā)明的各種目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1為瑞克接收機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明瑞克接收機(jī)多徑搜索模塊的原理結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為本發(fā)明瑞克接收機(jī)多徑搜索判決算法示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
圖2示出了本發(fā)明瑞克接收機(jī)多徑搜索模塊的原理結(jié)構(gòu)框圖。如圖2所示，本發(fā)明的多徑搜索模塊由相關(guān)器、PN碼發(fā)生器、峰值檢測(cè)器、門限設(shè)置器和多徑判決器五部分組成。相關(guān)器輸入接收接收信號(hào)后在一定的延遲時(shí)間范圍內(nèi)的每一個(gè)抽樣位置上對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解擾解擴(kuò)處理并將解擾解擴(kuò)處理后的信號(hào)與PN碼發(fā)生器輸出的PN碼中所含的本地已知導(dǎo)頻符號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算以得到一系列的相關(guān)值。隨后，這些相關(guān)值被輸出至峰值檢測(cè)器，在峰值檢測(cè)器內(nèi)作取模平方處理以獲得當(dāng)前時(shí)隙內(nèi)每一個(gè)延遲位置上的相關(guān)能量從而構(gòu)成延遲能量功率譜。由上可見，相關(guān)器、PN碼發(fā)生器和峰值檢測(cè)器實(shí)際上構(gòu)成一根據(jù)接收信號(hào)和本地已知導(dǎo)頻符號(hào)生成延遲能量功率譜的導(dǎo)頻相關(guān)裝置。比較好的是在峰值檢測(cè)器內(nèi)包含一整形濾波器，它將當(dāng)前時(shí)隙內(nèi)每一個(gè)延遲位置上的相關(guān)能量與前一個(gè)時(shí)隙內(nèi)相應(yīng)位置上的相關(guān)能量進(jìn)行長(zhǎng)期整形濾波以得到波形平滑的相關(guān)能量。更好的是，該整形濾波裝置為一階無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器。
峰值檢測(cè)器生成的延遲能量功率譜被輸出至多徑判決器和門限設(shè)置器，其中門限設(shè)置器設(shè)定用于選擇有效路徑的準(zhǔn)則而多徑判決器根據(jù)門限設(shè)置器確定的準(zhǔn)則選擇有效的路徑。在本發(fā)明中，與現(xiàn)有技術(shù)不同，采用雙門限來(lái)選擇有效路徑并且門限值不是固定的，而是根據(jù)延遲能量功率譜生成的。以下借助圖3描述門限設(shè)置過(guò)程的實(shí)例。
如圖3所示，假設(shè)峰值檢測(cè)器生成的延遲能量功率譜在L個(gè)延遲位置上具有相關(guān)能量值E1、E2……EL。首先選出前N個(gè)具有較大相關(guān)能量值的延遲位置，在本實(shí)例中假設(shè)N為4。在圖3中，這4個(gè)較大相關(guān)能量值分別位于第4、7、11和19個(gè)延遲位置上，并且第7個(gè)延遲位置上的相關(guān)能量E7最大。隨后，將其余延遲位置上相關(guān)能量值相加得到總噪聲能量Etotal_noise?？傇肼暷芰勘怀匝舆t位置的總數(shù)L即得到平均噪聲能量Eavr_noise。為了剔除干擾多徑，可將平均噪聲能量Eavr_noise的M倍設(shè)定為第一閾值Δnoise，即，第一閾值Δnoise＝Eavr_noise×M；而為了選出具有足夠大信噪比(SNR)的多徑分量，可將延遲能量功率譜中最大的相關(guān)能量值的1/X倍作為第二閾值ΔRake，在圖3所示實(shí)例中，第二閾值ΔRake＝E7/X。
當(dāng)衰落較嚴(yán)重時(shí)，路徑能量會(huì)受到不同程度的削弱，如果路徑能量降低到一定程度，則它對(duì)于最后數(shù)據(jù)的解調(diào)和最大比合并是沒有貢獻(xiàn)的，反而會(huì)導(dǎo)致誤碼率的上升，因此設(shè)置兩個(gè)門限對(duì)多徑進(jìn)行雙重選擇可以保證輸出多徑更加有效和準(zhǔn)確。此外，由于峰值檢測(cè)器輸出的延遲能量功率譜隨時(shí)隙的延續(xù)而不斷變化，因此門限設(shè)置器將根據(jù)變化的延遲能量功率譜不斷地產(chǎn)生新的第一和第二閾值以及時(shí)反映接收信號(hào)和信道環(huán)境的變化。
在門限設(shè)置過(guò)程中，具有較大相關(guān)能量值的延遲位置的個(gè)數(shù)N、倍數(shù)M和1/X隨通信設(shè)備制造商自身系統(tǒng)的特點(diǎn)而不同，可通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)優(yōu)化確定。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，如何通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)優(yōu)化確定N、M和1/X的具體取值是公知的，因此不再贅述。
第一閾值Δnoise和第二閾值ΔRake被輸出至多徑判決器進(jìn)行有效路徑的選擇。具體判決方式為對(duì)于每個(gè)延遲位置上的相關(guān)能量值En(n＝1，2……L)，如果同時(shí)大于或等于第一閾值Δnoise和第二閾值ΔRake，即En≥max(Δnoise，ΔRake)，則被選為有效路徑，否則關(guān)閉該路徑，即把對(duì)應(yīng)路徑的信道估計(jì)值設(shè)置為0。在圖3所示的實(shí)例中，第4、7、11和19個(gè)延遲位置上的相關(guān)能量值E4、E7、E11和E19都大于第二閾值ΔRake，但是E19小于Δnoise，因此與第4、7和11延遲位置對(duì)應(yīng)的路徑被選為有效路徑，而其余的路徑被關(guān)閉。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用如上所述的雙門限策略的多徑搜索判決方法能夠準(zhǔn)確的選出對(duì)系統(tǒng)有較大增益的多徑而剔除已經(jīng)受到嚴(yán)重衰落的多徑并根據(jù)信道衰落情況對(duì)門限進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，因此對(duì)多徑搜索性能有較大的改善，并且在多徑衰落比較嚴(yán)重的情況下依然具有很高的魯棒性。
權(quán)利要求
1.一種瑞克接收機(jī)多徑選擇判決方法，包含以下步驟(1)根據(jù)接收信號(hào)和本地已知導(dǎo)頻符號(hào)生成各延遲位置上的相關(guān)能量以得到延遲能量功率譜；(2)根據(jù)上述步驟(1)得到的延遲能量功率譜確定多徑選擇判決所需的相關(guān)能量門限值；以及(3)根據(jù)上述步驟(2)確定的相關(guān)能量門限值確定可進(jìn)行多徑合并的有效多徑分量，其特征在于，步驟(2)包括以下步驟(2a)將上述延遲能量功率譜中除前N個(gè)具有較大相關(guān)能量值的延遲位置以外的延遲位置上的相關(guān)能量值相加并除以延遲位置的總數(shù)以得到平均噪聲能量；以及(2b)將得到的平均噪聲能量的M倍設(shè)定為第一閾值，而將上述延遲能量功率譜中最大的相關(guān)能量值的1/X倍作為第二閾值，而且，步驟(3)包括以下步驟當(dāng)延遲位置上的相關(guān)能量值大于或等于第一閾值與第二閾值中的最大值時(shí)，該延遲位置代表的路徑確定為有效路徑，否則不作為有效路徑。
2.如權(quán)利要求1所述的瑞克接收機(jī)多徑選擇判決方法，其特征在于，所述步驟(1)中生成的各延遲位置上的相關(guān)能量為經(jīng)過(guò)多時(shí)隙平均化處理后具有平滑波形的相關(guān)能量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的瑞克接收機(jī)多徑選擇判決方法，其特征在于，所述步驟(2a)和(2b)中的N、M和X的取值通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)得到。
4.一種瑞克接收機(jī)多徑選擇判決裝置，包含導(dǎo)頻相關(guān)裝置，用于根據(jù)接收信號(hào)與本地已知導(dǎo)頻符號(hào)生成各延遲位置上的相關(guān)能量以得到延遲能量功率譜；門限設(shè)定裝置，用于根據(jù)上述導(dǎo)頻相關(guān)裝置得到的延遲能量功率譜確定多徑選擇判決所需的相關(guān)能量門限值；以及判決裝置，用于根據(jù)上述門限設(shè)置裝置確定的相關(guān)能量門限值確定可進(jìn)行多徑合并的有效多徑分量，其特征在于，門限設(shè)定裝置以下列方式確定相關(guān)能量門限值(a)將上述延遲能量功率譜中除前N個(gè)具有較大相關(guān)能量值的延遲位置以外的延遲位置上的相關(guān)能量值相加并除以延遲位置的總數(shù)以得到平均噪聲能量；以及(b)將得到的平均噪聲能量的M倍設(shè)定為第一閾值，而將上述延遲能量功率譜中最大的相關(guān)能量值的1/X倍作為第二閾值，而且，判決裝置以下列方式確定有效多徑分量當(dāng)延遲位置上的相關(guān)能量值大于或等于第一閾值與第二閾值中的最大值時(shí)，該延遲位置代表的路徑確定為有效路徑，否則不作為有效路徑。
5.如權(quán)利要求4所述的瑞克接收機(jī)多徑選擇判決裝置，其特征在于，所述導(dǎo)頻相關(guān)裝置進(jìn)一步包括整形濾波裝置，用于對(duì)相關(guān)能量進(jìn)行多時(shí)隙平均化處理以得到相關(guān)能量波形平滑的延遲能量功率譜。
6.如權(quán)利要求5所述的瑞克接收機(jī)多徑選擇判決裝置，其特征在于，所述整形濾波裝置為一階無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器。
7.如權(quán)利要求4～6中任意一項(xiàng)所述的瑞克接收機(jī)多徑選擇判決裝置，其特征在于，確定所述第一閾值和第二閾值時(shí)的N、M和X的取值通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)得到。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新穎改進(jìn)的瑞克(Rake)接收機(jī)多徑選擇判決方法及其裝置，它采用雙門限策略來(lái)篩選有效路徑分量，其中第一閾值主要用于剔除干擾多徑，而第二閾值主要用于選擇具有足夠大信噪比(SNR)的多徑分量。本發(fā)明的方法還可對(duì)上述第一和第二閾值作動(dòng)態(tài)調(diào)整以及時(shí)反映信道環(huán)境的變化。本發(fā)明的方法對(duì)多徑搜索性能有較大的改善，在多徑衰落比較嚴(yán)重的情況下依然具有很高的魯棒性。
文檔編號(hào)H04J13/02GK1464638SQ0211203
公開日2003年12月31日 申請(qǐng)日期2002年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月11日
發(fā)明者程鵬, 蔡立羽, 曹鵬志 申請(qǐng)人:上海貝爾有限公司