專利名稱：新型高集成度可嵌入Rake接收機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型提出一種新型高集成度可嵌入Rake接收機(jī)系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于各種高集成度的商用3G移動(dòng)通信終端和基站收發(fā)信機(jī)設(shè)備，屬于移動(dòng)通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在移動(dòng)通信中，移動(dòng)臺(tái)與基站之間的環(huán)境復(fù)雜，發(fā)射機(jī)發(fā)出的無線電波信號(hào)，在傳輸過程中受到不同建筑物、山崗、樹林等各種障礙物的反射和折射，到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)不會(huì)是一條路徑來的信號(hào)，而是多徑合成信號(hào)。對(duì)于非CDMA技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)，只能采用復(fù)雜的抵抗技術(shù)，減少影響。而對(duì)采用CDMA技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)(包括FDD模式、TDD模式的CDMA系統(tǒng))，由于CDMA的相關(guān)特性，只要路徑之間的時(shí)延差大于一個(gè)碼片寬度，則在接收端可將這些不同路徑的信號(hào)分別經(jīng)過不同的延遲線，對(duì)齊以及合并在一起，就可以利用多徑信號(hào)加強(qiáng)接收效果，此種技術(shù)稱為RAKE分集接收技術(shù)(俗稱路徑分集)。
一般RAKE接收機(jī)由搜索器(Searcher)、指峰(Finger)解調(diào)單元、合并器(Combiner)3個(gè)模塊組成。搜索器完成路徑搜索，主要原理是利用碼的自相關(guān)及互相關(guān)特性。Finger完成信號(hào)的解擴(kuò)、正交信道解調(diào)，F(xiàn)inger的個(gè)數(shù)決定了正交信道解調(diào)可用的路徑數(shù)，通常CDMA基站系統(tǒng)一個(gè)RAKE接收機(jī)由4個(gè)Finger組成，移動(dòng)臺(tái)由3個(gè)Finger組成。合并器完成多個(gè)解調(diào)器輸出的信號(hào)的合并處理，通用的合并算法有選擇式相加合并、等增益合并、最大比合并3種。合并后的信號(hào)輸出到信道解碼單元，進(jìn)行信道解碼處理。
RAKE接收機(jī)的基本原理就是將那些幅度明顯大于噪聲背景的多徑分量取出，對(duì)它進(jìn)行延時(shí)和相位校正，使之在某一時(shí)刻對(duì)齊，并按一定的規(guī)則進(jìn)行合并，變矢量合并為代數(shù)求和，有效地利用多徑分量，提高多徑分集的效果。
根據(jù)CDMA系統(tǒng)中可分離的徑的概念，當(dāng)兩信號(hào)的多徑時(shí)延相差大于一個(gè)擴(kuò)頻碼片寬度時(shí)，可以認(rèn)為這兩個(gè)信號(hào)是不相關(guān)的，或者說是路徑可分離的。反應(yīng)在頻域上，即信號(hào)的傳輸帶寬大于信號(hào)的相干帶寬時(shí)，認(rèn)為這兩個(gè)信號(hào)是不相關(guān)的，或者說是路徑可分離的。由于CDMA系統(tǒng)是寬帶傳輸?shù)模行诺拦蚕眍l率資源，所以CDMA系統(tǒng)可以使用RAKE接收技術(shù)，而其他兩種多址技術(shù)TDMA、FDMA則無法使用。
RAKE接收機(jī)分集的度量取決于多徑時(shí)延寬度和多徑分離的能力。
在最大時(shí)延擴(kuò)展為m的多徑衰落信道中，RAKE的概念就是采用一種特定的寬帶傳輸信號(hào)，其帶寬W遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道的相干帶寬m，根據(jù)可分離的多徑的概念，這種情況下可分離的多徑數(shù)為W/m。于是RAKE接收機(jī)采用L個(gè)相關(guān)器，相鄰相關(guān)器所處理的時(shí)延之差為1/W，每個(gè)相關(guān)器只從總的接收信號(hào)中提取相應(yīng)延時(shí)的那部分多徑信號(hào)。
如上所述，Rake接收機(jī)是FDD模式、TDD模式CDMA系統(tǒng)的核心部件，它要完成搜索器(Searcher)、指峰(Finger)解調(diào)單元、合并器(Combiner)3項(xiàng)主要功能。而這三項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，涉及到必須包含由隨機(jī)化碼序列發(fā)生器、正交信道化碼發(fā)生器、隨機(jī)序列解擾器、正交碼道分離解調(diào)器、矢量點(diǎn)積器、小區(qū)(cell)帶內(nèi)(in band)信號(hào)功率測(cè)量、Finger時(shí)間追蹤(Time Tracking)、Finger鎖定指示、去相位旋轉(zhuǎn)合并、自動(dòng)頻率控制(AFC)、信干比估計(jì)、接收自動(dòng)增益控制(Rx-AGC)、信道估計(jì)等多種重要的核心功能模塊構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的內(nèi)容旨在提出這樣的一種新型Rake接收機(jī)，說明如何在該Rake接收機(jī)中集成上述各種重要的功能模塊，構(gòu)成一個(gè)可直接商用的高集成度、先進(jìn)的Rake接收機(jī)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
設(shè)計(jì)目的本實(shí)用新型提出一種新型Rake接收機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中集成了諸如隨機(jī)序列碼發(fā)生器、正交信道化碼發(fā)生器、隨機(jī)序列解擾器、正交碼道分離解調(diào)器、矢量點(diǎn)積器、小區(qū)帶內(nèi)信號(hào)功率測(cè)量、Finger時(shí)間追蹤、Finger鎖定指示、去相位旋轉(zhuǎn)合并、自動(dòng)頻率控制、信干比估計(jì)、接收自動(dòng)增益控制、信道估計(jì)等主要模塊，以實(shí)現(xiàn)Rake接收機(jī)所必須的小區(qū)搜索/選擇/重選、Finger解調(diào)、Finger解調(diào)合并等必要功能。
設(shè)計(jì)方案本實(shí)用新型提出的Rake接收機(jī)系統(tǒng)框圖，如附圖一所示。
該Rake接收機(jī)系統(tǒng)由以下主要功能模塊構(gòu)成1、若干個(gè)Finger(指峰)前端。
Finger前端(Finger Front End)，也即Finger解調(diào)單元，是Rake接收機(jī)的核心部件，每一個(gè)Finger前端即是一個(gè)Finger解調(diào)單元，用于對(duì)某一條特定路徑(具有某一特定時(shí)間遲延)傳輸?shù)男盘?hào)的(準(zhǔn))正交解調(diào)處理。
在附圖一中，虛線框內(nèi)的部分，是一個(gè)完整的“Finger前端”，標(biāo)注為“第N個(gè)Finger”。
通常在一個(gè)Rake接收機(jī)中，集成有3~4個(gè)這樣的Finger。
2、隨機(jī)序列碼發(fā)生器隨機(jī)序列碼發(fā)生器用于產(chǎn)生準(zhǔn)隨機(jī)化碼序列，如cdma2000的PN碼序列和WCDMA的Gold碼序列，發(fā)送到Finger中，用于完成隨機(jī)序列解擾。
3、準(zhǔn)正交信道化碼發(fā)生器準(zhǔn)正交信道化碼發(fā)生器輸出準(zhǔn)正交信道化碼(到正交信道分離和解調(diào)單元)，這些準(zhǔn)正交信道化碼包括諸如cdma2000的WALSH碼序列和WCDMA的OVSF(正交可變長(zhǎng)度擴(kuò)展因子)碼序列，用于完成各個(gè)碼道傳輸數(shù)據(jù)序列的正交分離。
4、去相位旋轉(zhuǎn)合并器在TDD模式和FDD模式的CDMA系統(tǒng)中，采用BPSK(雙相鍵控調(diào)制)和QPSK(雙相鍵控調(diào)制)方式將傳送的數(shù)據(jù)碼片調(diào)制成適宜射頻傳輸?shù)哪M信號(hào)。發(fā)射機(jī)發(fā)送的無線電波信號(hào)，在經(jīng)過多徑傳輸后，由于各路徑傳輸遲延和衰減不同，以至到達(dá)接收機(jī)時(shí)，BPSK或QPSK信號(hào)存在相位旋轉(zhuǎn)(由時(shí)間遲延不同的多個(gè)信號(hào)合成而產(chǎn)生)。
Rake接收機(jī)采用多個(gè)Finger解調(diào)單元，分別檢測(cè)并解調(diào)出若干個(gè)信噪比最高的多徑傳輸?shù)男盘?hào)分量，對(duì)這些分量進(jìn)行延時(shí)和相位校正，使之在某一時(shí)刻對(duì)齊，并按一定的規(guī)則進(jìn)行合并，從而消除相位旋轉(zhuǎn)，并提高信噪比。去相位旋轉(zhuǎn)合并器即用于完成對(duì)多徑分量進(jìn)行延時(shí)、相位校正、時(shí)間對(duì)齊，以及合并。在每個(gè)去相位旋轉(zhuǎn)合并器，只有鎖定的Finger解調(diào)單元輸出才被用于去相位旋轉(zhuǎn)合并。
去相位旋轉(zhuǎn)合并器的輸出被發(fā)送到信道解碼單元(Viterbi譯碼單元/Turbo譯碼單元)，進(jìn)一步完成信道解碼過程。
5、功控比特合并單元功控比特用于估計(jì)傳輸速率可變下行物理信道接收到的含噪信號(hào)的信噪比。對(duì)于各個(gè)傳輸速率可變下行物理信道，每個(gè)finger會(huì)提供一路功控比特序列。功控比特合并單元完成對(duì)各個(gè)Finger提供的功控比特序列進(jìn)行延時(shí)、時(shí)間對(duì)齊，以及合并。功控比特合并單元的輸出被發(fā)送到下行功率控制單元。
6、能量估計(jì)器能量估計(jì)器用于測(cè)量各小區(qū)發(fā)送信號(hào)的帶內(nèi)能量(In Band Energy)強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)搜索最佳小區(qū)的功能。為了得到能量估計(jì)器的輸入，需要對(duì)來自模擬基帶電路的原始I/Q數(shù)據(jù)(為接收到的經(jīng)過某一特定路徑傳輸?shù)男^(qū)信號(hào))分別進(jìn)行短周期積分(I信號(hào)和Q信號(hào)分別積分)，將積分結(jié)果構(gòu)成一個(gè)新的I/Q數(shù)據(jù)序列，新的I/Q數(shù)據(jù)序列的數(shù)據(jù)率與隨機(jī)化碼序列速率相同。之后，計(jì)算新的I/Q數(shù)據(jù)序列的瞬時(shí)碼片能量，將瞬時(shí)碼片能量序列作為能量估計(jì)器的輸入。
能量估計(jì)器的輸出被發(fā)送給接收自動(dòng)增益控制單元和Finger鎖定指示單元，分別用于接收自動(dòng)增益控制和判斷相應(yīng)Finger的鎖定狀態(tài)。
7、I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓控制器I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓控制器對(duì)來自模擬基帶電路的原始I/O信號(hào)進(jìn)行積分、欠抽樣和濾波，然后估計(jì)出I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓的誤差，進(jìn)而調(diào)整I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓，獲得最大I/Q模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換動(dòng)態(tài)范圍。I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓控制器的輸出被發(fā)送到I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(在模擬基帶電路中)。
8、接收自動(dòng)增益控制器能量估計(jì)器的輸出被發(fā)送給接收自動(dòng)增益控制單元，接收自動(dòng)增益控制根據(jù)能量估計(jì)器的輸出結(jié)果，調(diào)整前端線性放大器的直流偏置電壓，從而調(diào)整前端線性放大器的增益。
9、自動(dòng)頻率控制器在Finger解調(diào)單元的隨機(jī)序列解擾子單元中，同步I/Q積分收集器的輸出，即為時(shí)間同步I/Q符號(hào)序列。時(shí)間同步I/Q符號(hào)序列的輸出分成三路，第一路送到時(shí)間同步I/Q符號(hào)瞬時(shí)能量估計(jì)器；第二路送到信道估計(jì)器，用于估計(jì)各正交碼道的符號(hào)解調(diào)過程所需要的加權(quán)系數(shù)；第三路送到自動(dòng)頻率控制(AFC)單元，調(diào)整本地載波的頻率。
自動(dòng)頻率控制器接受來自Rake接收機(jī)內(nèi)部多個(gè)Finger解調(diào)單元輸出的時(shí)間同步I/Q符號(hào)序列，根據(jù)多個(gè)Finger解調(diào)單元輸出的時(shí)間同步I/Q符號(hào)序列，調(diào)整本地載波的頻率。
以上闡述的是本實(shí)用新型提出的新型Rake接收機(jī)系統(tǒng)的主要功能模塊。在這些主要功能模塊中，F(xiàn)inger解調(diào)單元是最重要、也最復(fù)雜的核心部件。下面詳細(xì)闡述Finger解調(diào)單元的結(jié)構(gòu)和功能。
一個(gè)Finger解調(diào)單元包括以下功能模塊①積分欠抽樣器隨機(jī)化碼解擾單元完成對(duì)來自模擬基帶電路的原始I/Q數(shù)據(jù)(為接收到的經(jīng)過某一特定路徑傳輸?shù)男^(qū)信號(hào))分別進(jìn)行短周期積分(I信號(hào)和Q信號(hào)分別積分)，將積分結(jié)果構(gòu)成一個(gè)新的I/Q數(shù)據(jù)序列，新的I/Q數(shù)據(jù)序列的數(shù)據(jù)率與隨機(jī)化碼序列速率相同。積分欠抽樣器將新的I/Q數(shù)據(jù)序列發(fā)送到隨機(jī)序列解擾單元。
②隨機(jī)序列解擾單元隨機(jī)序列解擾單元利用隨機(jī)化碼序列發(fā)生器產(chǎn)生的隨機(jī)化碼，完成對(duì)來自積分欠抽樣器的I/Q數(shù)據(jù)序列進(jìn)行隨機(jī)序列解擾。
積分欠抽樣器的輸出，送入隨機(jī)化碼解擾單元后，分成三路，一路送到時(shí)間同步隨機(jī)序列解擾器，第二路送到時(shí)間超前隨機(jī)序列解擾器，第三路送到時(shí)間延遲隨機(jī)序列解擾器。時(shí)間超前隨機(jī)序列解擾器的解擾的I/Q碼片時(shí)間比時(shí)間同步隨機(jī)序列解擾器解擾的I/Q碼片時(shí)間提前3/M個(gè)碼片，其中M是積分欠抽樣器的積分碼片長(zhǎng)度(即模擬基帶輸入的I/Q信號(hào)速率與隨機(jī)碼序列速率之間的比值)。而時(shí)間延遲隨機(jī)序列解擾器的解擾的I/Q碼片時(shí)間比時(shí)間同步隨機(jī)序列解擾器解擾的I/Q碼片時(shí)間滯后3/M個(gè)碼片。
時(shí)間同步隨機(jī)序列解擾器的輸出即為同步I/Q數(shù)據(jù)，同步I/Q數(shù)據(jù)序列輸出分成兩路，第一路發(fā)送到同步I/Q積分收集器，第二路送到正交碼道分離解擴(kuò)單元。
時(shí)間超前隨機(jī)序列解擾器的輸出即為超前I/Q數(shù)據(jù)，超前I/Q數(shù)據(jù)序列發(fā)送到超前I/Q積分收集器。
時(shí)間延遲隨機(jī)序列解擾器的輸出即為延遲I/Q數(shù)據(jù)，延遲I/Q數(shù)據(jù)序列發(fā)送到延遲I/Q積分收集器。
③正交碼道分離解調(diào)單元正交碼道分離解擴(kuò)單元完成同步I/Q數(shù)據(jù)序列信號(hào)包含的各碼道數(shù)據(jù)的正交分離。通常正交碼道分離解擴(kuò)單元完成5~6個(gè)正交碼道的數(shù)據(jù)分離。其輸入分別是一)同步I/Q數(shù)據(jù)序列，和二)正交信道化碼。
正交碼道分離是通過同步I/Q數(shù)據(jù)序列與各正交信道化碼相乘而實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于cdma2000，正交信道化碼是WALSH序列。對(duì)于WCDMA和TD-SCDMA，正交序列化碼是OVSF(正交可變長(zhǎng)度擴(kuò)頻因子)碼序列。
同步I/Q數(shù)據(jù)序列與各正交信道化碼相乘的輸出，分別發(fā)送到相應(yīng)碼道的積分收集器，實(shí)現(xiàn)對(duì)分離出碼道數(shù)據(jù)進(jìn)一步完成解擴(kuò)過程。積分收集器的輸出是各碼道傳輸?shù)姆?hào)序列的I/Q數(shù)據(jù)(解擴(kuò)后的結(jié)果)。解擴(kuò)后符號(hào)序列的I/Q數(shù)據(jù)在經(jīng)過矢量點(diǎn)積器之后，即得到解調(diào)后的符號(hào)序列。
④Finger時(shí)間跟蹤單元在隨機(jī)序列解擾單元中，(同步、超前、延遲)三路I/Q數(shù)據(jù)序列，在經(jīng)過各自的I/Q積分收集器，即獲得(同步、超前、延遲)三路I/Q符號(hào)序列。需要分別計(jì)算出三路I/Q符號(hào)序列的瞬時(shí)符號(hào)能量，然后將得到的三路瞬時(shí)符號(hào)能量序列均發(fā)送到Finger時(shí)間跟蹤單元，F(xiàn)inger時(shí)間跟蹤單元利用這三路瞬時(shí)符號(hào)能量序列確定發(fā)送給積分欠抽樣器的抽樣時(shí)間控制信號(hào)，利用抽樣時(shí)間控制信號(hào)調(diào)整積分欠抽樣器提前或延遲對(duì)來自模擬基帶電路的原始I/Q數(shù)據(jù)的抽樣時(shí)間點(diǎn)(每次調(diào)整3/M個(gè)原始碼片時(shí)間)。
⑤Finger鎖定指示器Finger鎖定指示器根據(jù)輸入的同步I/Q符號(hào)序列的瞬時(shí)符號(hào)能量和來自能量估計(jì)器的小區(qū)帶內(nèi)功率測(cè)量值，計(jì)算出Finger對(duì)當(dāng)前小區(qū)導(dǎo)頻信號(hào)的鎖定情況，并輸出鎖定指示，分別發(fā)送到Finger控制單元、Finger時(shí)間跟蹤單元、去相位旋轉(zhuǎn)合并單元。
⑥Finger控制單元Finger控制單元根據(jù)Finger鎖定指示，發(fā)送隨機(jī)序列碼片偏移調(diào)整和/或時(shí)間延遲調(diào)整信號(hào)到隨機(jī)序列碼發(fā)生器，控制隨機(jī)序列碼發(fā)生器調(diào)整碼片偏移和/或時(shí)間延遲量。
⑦信道估計(jì)器信道估計(jì)器用于估計(jì)各正交碼道的符號(hào)解調(diào)過程所需要的加權(quán)系數(shù)，并將計(jì)算出加權(quán)系數(shù)發(fā)送到完成各正交碼道符號(hào)解調(diào)的矢量點(diǎn)積器，矢量點(diǎn)積器使用加權(quán)系數(shù)完成對(duì)碼道傳輸符號(hào)的解調(diào)。
⑧功控比特緩存單元為完成下行(前向)業(yè)務(wù)信道和專用控制信道的閉環(huán)功率控制，需要估計(jì)信道的信干比。并且，對(duì)于下行(前向)基本業(yè)務(wù)信道和專用控制信道，采用功控比特估計(jì)信道信號(hào)干擾比。為此，在正交信道分離和解調(diào)單元中，使用功控比特緩存單元用于緩存Finger所提取出的下行(前向)基本業(yè)務(wù)信道和專用控制信道中的功控比特序列。
⑨時(shí)間同步I/Q符號(hào)序列輸出在隨機(jī)序列解擾單元中，同步I/Q積分收集器的輸出，即為時(shí)間同步I/Q符號(hào)序列。時(shí)間同步I/Q符號(hào)序列的輸出分成三路，第一路送到時(shí)間同步I/Q符號(hào)序列瞬時(shí)能量估計(jì)器；第二路送到信道估計(jì)器，用于估計(jì)各正交碼道的符號(hào)序列解調(diào)過程所需要的加權(quán)系數(shù)；第三路送到自動(dòng)頻率控制(AFC)單元，調(diào)整本地載波的頻率。
⑩全速率信道的符號(hào)序列能量估計(jì)輸出為完成前向(下行)全速率業(yè)務(wù)信道(補(bǔ)充信道/下行分組信道等)的閉環(huán)功率控制，需要估計(jì)信道的信干比。在正交信道分離及解調(diào)單元中，利用全速率信道傳輸符號(hào)的瞬時(shí)能量估計(jì)信道的信干比。全速率信道傳輸符號(hào)的瞬時(shí)能量估計(jì)被發(fā)送到下行(前向)功率控制單元，用于進(jìn)一步估計(jì)出信道的信干比。
技術(shù)方案新型高集成度可嵌入Rake接收機(jī)系統(tǒng)，包括含一般Rake接收機(jī)通常具有的若干個(gè)Finger解調(diào)單元、隨機(jī)序列碼發(fā)生器、正交信道化碼發(fā)生器、去相位旋轉(zhuǎn)合并器，還包含以下功能單元①能量估計(jì)器及輸出；②I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓控制器及輸出；③功控比特合并單元及輸出；④時(shí)間同步I/Q符號(hào)輸出(用于自動(dòng)頻率控制)；⑤全速率信道符號(hào)能量估計(jì)輸出；⑥接收自動(dòng)增益控制器及輸出；⑦自動(dòng)頻率控制器。
采用功能完備、集成度高的可嵌入Finger解調(diào)單元，其特征是這些Finger解調(diào)單元除包含一般Finger解調(diào)單元通常具有的積分欠抽樣器、隨機(jī)序列解擾單元、正交碼道分離解調(diào)單元之外，還包含以下功能單元①Finger時(shí)間跟蹤單元；②Finger鎖定指示器；③Finger控制單元；④信道估計(jì)器；⑤功控比特緩存單元；⑥時(shí)間同步I/Q符號(hào)輸出；⑦全速率信道符號(hào)能量估計(jì)輸出。
可嵌入Finger解調(diào)單元中，采用Finger時(shí)間跟蹤單元，①積分欠抽樣器的輸出，送入隨機(jī)化碼解擾單元后，分成三路，一路送到時(shí)間同步隨機(jī)序列解擾器，第二路送到時(shí)間超前隨機(jī)序列解擾器，第三路送到時(shí)間延遲隨機(jī)序列解擾器。時(shí)間超前隨機(jī)序列解擾器的解擾的I/Q碼片時(shí)間比時(shí)間同步隨機(jī)序列解擾器解擾的I/Q碼片時(shí)間提前3/M個(gè)碼片，其中M是積分欠抽樣器的積分碼片長(zhǎng)度(即模擬基帶輸入的I/Q信號(hào)速率與隨機(jī)碼序列速率之間的比值)。而時(shí)間延遲隨機(jī)序列解擾器的解擾的I/Q碼片時(shí)間比時(shí)間同步隨機(jī)序列解擾器解擾的I/Q碼片時(shí)間滯后3/M個(gè)碼片；時(shí)間同步隨機(jī)序列解擾器的輸出即為同步I/Q數(shù)據(jù)，同步I/Q數(shù)據(jù)序列輸出分成兩路，第一路發(fā)送到同步I/Q積分收集器，第二路送到正交碼道分離解擴(kuò)單元；時(shí)間超前隨機(jī)序列解擾器的輸出即為超前I/Q數(shù)據(jù)，超前I/Q數(shù)據(jù)序列發(fā)送到超前I/Q積分收集器；時(shí)間延遲隨機(jī)序列解擾器的輸出即為延遲I/Q數(shù)據(jù)，延遲I/Q數(shù)據(jù)序列發(fā)送到延遲I/Q積分收集器；②(同步、超前、延遲)三路I/Q數(shù)據(jù)序列，在經(jīng)過各自的I/Q積分收集器，即獲得(同步、超前、延遲)三路I/Q符號(hào)序列；需要分別計(jì)算出三路I/Q符號(hào)序列的瞬時(shí)符號(hào)能量，然后將得到的三路瞬時(shí)符號(hào)能量序列均發(fā)送到Finger時(shí)間跟蹤單元。③Finger時(shí)間跟蹤單元利用這三路瞬時(shí)符號(hào)能量序列確定發(fā)送給積分欠抽樣器的抽樣時(shí)間控制信號(hào)，利用抽樣時(shí)間控制信號(hào)調(diào)整積分欠抽樣器提前或延遲對(duì)來自模擬基帶電路的原始I/Q數(shù)據(jù)的抽樣時(shí)間點(diǎn)(每次調(diào)整3/M個(gè)原始碼片時(shí)間)。
可嵌入Rake接收機(jī)系統(tǒng)中，采用能量估計(jì)器，①能量估計(jì)器用于測(cè)量各小區(qū)發(fā)送信號(hào)的帶內(nèi)能量(In Band Energy)強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)搜索最佳小區(qū)的功能；②為了得到能量估計(jì)器的輸入，需要對(duì)來自模擬基帶電路的原始I/Q數(shù)據(jù)分別進(jìn)行短周期積分(I信號(hào)和Q信號(hào)分別積分)，將積分結(jié)果構(gòu)成一個(gè)新的I/Q數(shù)據(jù)序列，新的I/Q數(shù)據(jù)序列的數(shù)據(jù)率與隨機(jī)化碼序列速率相同；③之后，計(jì)算新的I/Q數(shù)據(jù)序列的瞬時(shí)碼片能量，將瞬時(shí)碼片能量序列作為能量估計(jì)器的輸入；④能量估計(jì)器的輸出被發(fā)送給接收自動(dòng)增益控制單元和Finger鎖定指示單元，分別用于接收自動(dòng)增益控制和判斷相應(yīng)Finger的鎖定狀態(tài)。
可嵌入Rake接收機(jī)系統(tǒng)中，采用I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓控制器，I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓控制器對(duì)來自模擬基帶電路的原始I/O信號(hào)進(jìn)行積分、欠抽樣和濾波，然后估計(jì)出I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓的誤差，進(jìn)而調(diào)整I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓，獲得最大I/Q模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換動(dòng)態(tài)范圍；I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓控制器的輸出被發(fā)送到I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(在模擬基帶電路中)。
可嵌入Rake接收機(jī)系統(tǒng)中，采用接收自動(dòng)增益控制器，能量估計(jì)器的輸出被發(fā)送給接收自動(dòng)增益控制單元，接收自動(dòng)增益控制根據(jù)能量估計(jì)器的輸出結(jié)果，調(diào)整前端線性放大器的直流偏置電壓，從而調(diào)整前端線性放大器的增益。
高集成度可嵌入Rake接收機(jī)系統(tǒng)中，采用自動(dòng)頻率控制器，①在Finger解調(diào)單元的隨機(jī)序列解擾子單元中，同步I/Q積分收集器的輸出，即為時(shí)間同步I/Q符號(hào)序列；時(shí)間同步I/Q符號(hào)序列的輸出分成三路，第一路送到時(shí)間同步I/Q符號(hào)瞬時(shí)能量估計(jì)器；第二路送到信道估計(jì)器，用于估計(jì)各正交碼道的符號(hào)解調(diào)過程所需要的加權(quán)系數(shù)；第三路送到自動(dòng)頻率控制(AFC)單元，調(diào)整本地載波的頻率。②自動(dòng)頻率控制器接受來自Rake接收機(jī)內(nèi)部多個(gè)Finger解調(diào)單元輸出的時(shí)間同步I/Q符號(hào)序列，根據(jù)多個(gè)Finger解調(diào)單元輸出的時(shí)間同步I/Q符號(hào)序列，調(diào)整本地載波的頻率。
高集成度可嵌入Rake接收機(jī)系統(tǒng)中，采用功控比特合并器，①功控比特用于估計(jì)傳輸速率可變下行物理信道接收到的含噪信號(hào)的信噪比。②對(duì)于各個(gè)傳輸速率可變下行物理信道，每個(gè)finger會(huì)提供一路功控比特序列。③功控比特合并單元完成對(duì)各個(gè)Finger提供的功控比特序列進(jìn)行延時(shí)、時(shí)間對(duì)齊，以及合并。功控比特合并單元的輸出被發(fā)送到下行功率控制單元。
可嵌入Finger解調(diào)單元中，采用Finger鎖定指示器，F(xiàn)inger鎖定指示器根據(jù)輸入的同步I/Q符號(hào)序列的瞬時(shí)符號(hào)能量和來自能量估計(jì)器的小區(qū)帶內(nèi)功率測(cè)量值，計(jì)算出Finger對(duì)當(dāng)前小區(qū)導(dǎo)頻信號(hào)的鎖定情況，并輸出鎖定指示，分別發(fā)送到Finger控制單元、Finger時(shí)間跟蹤單元、去相位旋轉(zhuǎn)合并單元。
可嵌入Finger解調(diào)單元中，采用信道估計(jì)器，信道估計(jì)器用于估計(jì)各正交碼道的符號(hào)解調(diào)過程所需要的加權(quán)系數(shù)，并將計(jì)算出加權(quán)系數(shù)發(fā)送到完成各正交碼道符號(hào)解調(diào)的矢量點(diǎn)積器，矢量點(diǎn)積器使用加權(quán)系數(shù)完成對(duì)碼道傳輸符號(hào)的解調(diào)。
可嵌入Finger解調(diào)單元中，采用Finger控制單元，F(xiàn)inger控制單元根據(jù)Finger鎖定指示，發(fā)送隨機(jī)序列碼片偏移調(diào)整和/或時(shí)間延遲調(diào)整信號(hào)到隨機(jī)序列碼發(fā)生器，控制隨機(jī)序列碼發(fā)生器調(diào)整碼片偏移和/或時(shí)間延遲量。
本實(shí)用新型提出的Rake接收機(jī)系統(tǒng)，具有功能完備、集成度高、可嵌入的優(yōu)點(diǎn)，適用于3G終端設(shè)備和基站收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)。這種新型Rake接收機(jī)，幾乎可完成除了信道解碼(Viterbi譯碼、Turbo譯碼)以外的其它全部3G接收機(jī)功能，包括小區(qū)帶內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量(小區(qū)搜索/選擇/重選)、隨機(jī)序列解擾、正交信道分離解調(diào)、小區(qū)導(dǎo)頻同步跟蹤、Finger鎖定指示、去相位旋轉(zhuǎn)合并、接收自動(dòng)增益控制、下行(前向)閉環(huán)功率控制、自動(dòng)頻率控制等。技術(shù)先進(jìn)，成熟度好，非常適合于嵌入在通信芯片中以硬件的方式實(shí)現(xiàn)，可直接商用。


圖1是新型、高集成度、可嵌入Rake接收機(jī)的系統(tǒng)框圖。
該Rake接收機(jī)由以下主要功能模塊構(gòu)成①若干個(gè)Finger解調(diào)單元。②隨機(jī)序列碼發(fā)生器。③準(zhǔn)正交信道化碼發(fā)生器。④去相位旋轉(zhuǎn)合并器。⑤功控比特合并單元。⑥能量估計(jì)器。⑦I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓控制器。⑧接收自動(dòng)增益控制器。⑨自動(dòng)頻率控制器。
其中，F(xiàn)inger解調(diào)單元是Rake接收機(jī)最核心的部件。一個(gè)Finger解調(diào)單元由以下子單元構(gòu)成①積分欠抽樣器。②隨機(jī)序列解擾單元。③正交碼道分離解調(diào)單元。④Finger時(shí)間跟蹤單元。⑤Finger鎖定指示器。⑥Finger控制單元。⑦信道估計(jì)器。⑧功控比特緩存單元。⑨時(shí)間同步I/Q符號(hào)序列輸出。⑩全速率信道的符號(hào)序列能量估計(jì)輸出。上述單元的功能及相互之間關(guān)系，均已在發(fā)明內(nèi)容中闡述說明。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1參照附圖1。附圖1是新型、高集成度、可嵌入Rake接收機(jī)的系統(tǒng)框圖。
該Rake接收機(jī)系統(tǒng)工作過程來自模擬基帶電路的原始I/Q數(shù)據(jù)，輸入到該Rake接收機(jī)的各Finger解調(diào)單元的積分欠抽樣器。各Finger積分欠抽樣器的輸出，送入Finger隨機(jī)化碼解擾單元后，分成三路，一路送到時(shí)間同步隨機(jī)序列解擾器，第二路送到時(shí)間超前隨機(jī)序列解擾器，第三路送到時(shí)間延遲隨機(jī)序列解擾器。(以下闡述內(nèi)容，除特別說明外，均針對(duì)Finger解調(diào)單元內(nèi)部。)時(shí)間同步隨機(jī)序列解擾器的輸出即為同步I/Q數(shù)據(jù)，同步I/Q數(shù)據(jù)序列輸出分成兩路，第一路發(fā)送到同步I/Q積分收集器，第二路送到正交碼道分離解擴(kuò)單元。
時(shí)間超前隨機(jī)序列解擾器的輸出即為超前I/Q數(shù)據(jù)，發(fā)送到超前I/Q積分收集器。
時(shí)間延遲隨機(jī)序列解擾器的輸出即為延遲I/Q數(shù)據(jù)，發(fā)送到延遲I/Q積分收集器。
同步、超前、延遲三路I/Q數(shù)據(jù)序列，在經(jīng)過各自的I/Q積分收集器，即獲得(同步、超前、延遲)三路I/Q符號(hào)序列。需要分別計(jì)算出三路I/Q符號(hào)序列的瞬時(shí)符號(hào)能量，然后將得到的三路瞬時(shí)符號(hào)能量序列均發(fā)送到Finger時(shí)間跟蹤單元，F(xiàn)inger時(shí)間跟蹤單元利用這三路瞬時(shí)符號(hào)能量序列確定發(fā)送給積分欠抽樣器的抽樣時(shí)間控制信號(hào)，利用抽樣時(shí)間控制信號(hào)調(diào)整積分欠抽樣器提前或延遲對(duì)來自模擬基帶電路的原始I/Q數(shù)據(jù)的抽樣時(shí)間點(diǎn)(每次調(diào)整3/M個(gè)原始碼片時(shí)間)。
Finger鎖定指示器根據(jù)輸入的同步I/Q符號(hào)序列的瞬時(shí)符號(hào)能量和來自能量估計(jì)器的小區(qū)帶內(nèi)功率測(cè)量值，計(jì)算出Finger對(duì)當(dāng)前小區(qū)導(dǎo)頻信號(hào)的鎖定情況，并輸出鎖定指示，分別發(fā)送到Finger控制單元、Finger時(shí)間跟蹤單元、去相位旋轉(zhuǎn)合并單元。
正交碼道分離解擴(kuò)單元完成同步I/Q數(shù)據(jù)序列信號(hào)包含的各碼道數(shù)據(jù)的正交分離。通常正交碼道分離解擴(kuò)單元完成5~6個(gè)正交碼道的數(shù)據(jù)分離。其輸入分別是一)同步I/Q數(shù)據(jù)序列，和二)正交信道化碼。
正交碼道分離是通過同步I/Q數(shù)據(jù)序列與各正交信道化碼相乘而實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于cdma2000，正交信道化碼是WALSH序列。對(duì)于WCDMA和TD-SCDMA，正交序列化碼是OVSF(正交可變長(zhǎng)度擴(kuò)頻因子)碼序列。
同步I/Q數(shù)據(jù)序列與各正交信道化碼相乘的輸出，分別發(fā)送到相應(yīng)碼道的積分收集器，實(shí)現(xiàn)對(duì)分離出碼道數(shù)據(jù)進(jìn)一步完成解擴(kuò)過程。積分收集器的輸出是各碼道傳輸?shù)姆?hào)序列的I/Q數(shù)據(jù)(解擴(kuò)后的結(jié)果)。解擴(kuò)后符號(hào)序列的I/Q數(shù)據(jù)在經(jīng)過矢量點(diǎn)積器之后，即得到解調(diào)后的符號(hào)序列。
信道估計(jì)器用于估計(jì)各正交碼道的符號(hào)解調(diào)過程所需要的加權(quán)系數(shù)，并將計(jì)算出加權(quán)系數(shù)發(fā)送到完成各正交碼道符號(hào)解調(diào)的矢量點(diǎn)積器，矢量點(diǎn)積器使用加權(quán)系數(shù)完成對(duì)碼道傳輸符號(hào)的解調(diào)。
為完成下行(前向)業(yè)務(wù)信道和專用控制信道的閉環(huán)功率控制，需要估計(jì)信道的信干比。并且，對(duì)于下行(前向)基本業(yè)務(wù)信道和專用控制信道，采用功控比特估計(jì)信道信號(hào)干擾比。為此，在正交信道分離和解調(diào)單元中，使用功控比特緩存單元用于緩存Finger所提取出的下行(前向)基本業(yè)務(wù)信道和專用控制信道中的功控比特序列。
在隨機(jī)序列解擾單元中，同步I/Q積分收集器的輸出，即為時(shí)間同步I/Q符號(hào)。時(shí)間同步I/Q符號(hào)的輸出分成三路，第一路送到時(shí)間同步I/Q符號(hào)瞬時(shí)能量估計(jì)器；第二路送到信道估計(jì)器，用于估計(jì)各正交碼道的符號(hào)解調(diào)過程所需要的加權(quán)系數(shù)；第二路送到自動(dòng)頻率控制(AFC)單元，調(diào)整本地載波的頻率。(自動(dòng)頻率控制單元在Finger解調(diào)單元外部，接受各Finger解調(diào)單元輸出的時(shí)間同步I/Q符號(hào)。)為完成前向(下行)全速率業(yè)務(wù)信道(補(bǔ)充信道/下行分組信道等)的閉環(huán)功率控制，需要估計(jì)信道的信干比。在正交信道分離及解調(diào)單元中，利用全速率信道傳輸符號(hào)的瞬時(shí)能量估計(jì)信道的信干比。全速率信道傳輸符號(hào)的瞬時(shí)能量估計(jì)被發(fā)送到下行(前向)功率控制單元，用于進(jìn)一步估計(jì)出信道的信干比。
Rake接收機(jī)采用多個(gè)Finger解調(diào)單元，分別檢測(cè)并解調(diào)出若干個(gè)信噪比最高的多徑傳輸?shù)男盘?hào)分量，對(duì)這些分量進(jìn)行延時(shí)和相位校正，使之在某一時(shí)刻對(duì)齊，并按一定的規(guī)則進(jìn)行合并，從而消除相位旋轉(zhuǎn)，并提高信噪比。去相位旋轉(zhuǎn)合并器即用于完成對(duì)多徑分量進(jìn)行延時(shí)、相位校正、時(shí)間對(duì)齊，以及合并。在每個(gè)去相位旋轉(zhuǎn)合并器，只有鎖定的Finger解調(diào)單元輸出才被用于去相位旋轉(zhuǎn)合并。(去相位旋轉(zhuǎn)合并器在Finger解調(diào)單元外部，接受各Finger解調(diào)輸出的符號(hào)序列。)去相位旋轉(zhuǎn)合并器的輸出被發(fā)送到信道解碼單元(Viterbi譯碼單元/Turbo譯碼單元)，進(jìn)一步完成信道解碼過程。(信道解碼單元在Rake接收機(jī)的外部。)功控比特用于估計(jì)傳輸速率可變下行物理信道接收到的含噪信號(hào)的信噪比。對(duì)于各個(gè)傳輸速率可變下行物理信道，每個(gè)finger會(huì)提供一路功控比特序列。功控比特合并單元完成對(duì)各個(gè)Finger提供的功控比特序列進(jìn)行延時(shí)、時(shí)間對(duì)齊，以及合并。功控比特合并單元的輸出被發(fā)送到下行功率控制單元。(功控比特合并單元、下行功率控制單元在Finger解調(diào)單元外部。)能量估計(jì)器用于測(cè)量各小區(qū)發(fā)送信號(hào)的帶內(nèi)能量(In Band Energy)強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)搜索最佳小區(qū)的功能。能量估計(jì)器的輸出被發(fā)送給接收自動(dòng)增益控制單元和Finger鎖定指示單元，分別用于接收自動(dòng)增益控制和判斷相應(yīng)Finger的鎖定狀態(tài)。(能量估計(jì)器在Finger解調(diào)單元外部。)I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓控制器對(duì)來自模擬基帶電路的原始I/O信號(hào)進(jìn)行積分、欠抽樣和濾波，然后估計(jì)出I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓的誤差，進(jìn)而調(diào)整I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓，獲得最大I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換動(dòng)態(tài)范圍。I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓控制器的輸出被發(fā)送到I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換單元。(I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓控制器在Finger解調(diào)單元外部，而I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換單元在模擬基帶電路中)。
綜上所述，本實(shí)用新型提出的新型Rake接收機(jī)系統(tǒng)，具有功能完備、集成度高的優(yōu)點(diǎn)，可用于3G終端設(shè)備和基站收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)。這種新型Rake接收機(jī)，幾乎可完成除了信道解碼(Viterbi譯碼、Turbo譯碼)以外的其它全部3G接收機(jī)功能，包括小區(qū)帶內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量(小區(qū)搜索/選擇/重選)、隨機(jī)序列解擾、正交信道分離解調(diào)、小區(qū)導(dǎo)頻同步跟蹤、Finger時(shí)間追蹤、Finger鎖定指示、信道估計(jì)、去相位旋轉(zhuǎn)合并、接收自動(dòng)增益控制、下行(前向)閉環(huán)功率控制、自動(dòng)頻率控制等。技術(shù)先進(jìn)，成熟度好，非常適合于嵌入在通信芯片中以硬件的方式實(shí)現(xiàn)，可直接商用。
需要理解到的是上述實(shí)施例雖然對(duì)本實(shí)用新型作了比較詳細(xì)的說明，但是這些說明只是對(duì)本實(shí)用新型說明性的，而不是對(duì)本實(shí)用新型的限制，任何不超出本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)精神內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種新型高集成度可嵌入Rake接收機(jī)系統(tǒng)，它包括若干個(gè)Finger解調(diào)單元、隨機(jī)序列碼發(fā)生器、正交信道化碼發(fā)生器、去相位旋轉(zhuǎn)合并器，其特征是能量估計(jì)器的輸入端接自動(dòng)增益控制器和Finger鎖定指示單元的信號(hào)端，I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換直流偏置電壓控制器的輸入端接I/Q模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的信號(hào)端，功控比特合并單元的信號(hào)端接下行功率控制單元的信號(hào)端，自動(dòng)頻率控制器信號(hào)輸入端接Rake接收機(jī)內(nèi)部多個(gè)Finger解調(diào)單元的信號(hào)輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高集成度可嵌入Rake接收機(jī)系統(tǒng)，其特征是Finger解調(diào)單元中①積分欠抽樣器的輸出端接隨機(jī)化碼解擾單元的信號(hào)輸入端后，隨機(jī)化碼解擾單元的信號(hào)輸出端分成三路，一路接時(shí)間同步隨機(jī)序列解擾器的信號(hào)端，第二路接時(shí)間超前隨機(jī)序列解擾器的信號(hào)端，第三路接時(shí)間延遲隨機(jī)序列解擾器的信號(hào)端，時(shí)間同步隨機(jī)序列解擾器的信號(hào)端接I/Q數(shù)據(jù)單元的信號(hào)輸入端，I/Q數(shù)據(jù)單元的信號(hào)輸出端一路接同步I/Q積分收集器的信號(hào)端、另一路接正交碼道分離解擴(kuò)單元的信號(hào)端；時(shí)間超前隨機(jī)序列解擾器的信號(hào)端接超前I/Q積分收集器的信號(hào)端；時(shí)間延遲隨機(jī)序列解擾器的信號(hào)端接延遲I/Q積分收集器的信號(hào)端；②I/Q積分收集器的信號(hào)端接Finger時(shí)間跟蹤單元的信號(hào)端；③Finger時(shí)間跟蹤單元信號(hào)端接積分欠抽樣器的信號(hào)端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高集成度可嵌入Rake接收機(jī)系統(tǒng)，其特征是在Finger解調(diào)單元的隨機(jī)序列解擾子單元中，同步I/Q積分收集器的輸出端一路接時(shí)間同步I/Q符號(hào)瞬時(shí)能量估計(jì)器的信號(hào)端、二路接信道估計(jì)器的信號(hào)端、三路接自動(dòng)頻率控制(AFC)單元的信號(hào)端。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種新型高集成度可嵌入Rake接收機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中集成了諸如隨機(jī)序列碼發(fā)生器、正交信道化碼發(fā)生器、隨機(jī)序列解擾器、正交碼道分離解調(diào)器、矢量點(diǎn)積器、小區(qū)帶內(nèi)信號(hào)功率測(cè)量、Finger時(shí)間追蹤、Finger鎖定指示、信道估計(jì)、去相位旋轉(zhuǎn)合并、自動(dòng)頻率控制、信干比估計(jì)、接收自動(dòng)增益控制等主要模塊，以實(shí)現(xiàn)Rake接收機(jī)所必須的小區(qū)搜索/選擇/重選、Finger解調(diào)、Finger解調(diào)合并等必要功能。該新型Rake接收機(jī)，幾乎可完成除了信道解碼(Viterbi譯碼、Turbo譯碼)以外的其它全部3G接收機(jī)功能，包括小區(qū)帶內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量(小區(qū)搜索/選擇/重選)、隨機(jī)序列解擾、正交信道分離解調(diào)、小區(qū)導(dǎo)頻同步跟蹤、Finger時(shí)間追蹤、Finger鎖定指示、去相位旋轉(zhuǎn)合并、接收自動(dòng)增益控制、下行(前向)閉環(huán)功率控制、自動(dòng)頻率控制等。技術(shù)先進(jìn)，成熟度好，非常適合于嵌入在通信芯片中以硬件的方式實(shí)現(xiàn)，可直接商用。
文檔編號(hào)H04B7/08GK2907095SQ200520118649
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月13日
發(fā)明者藏侃, 許曉斌 申請(qǐng)人:浙江華立通信集團(tuán)有限公司