專(zhuān)利名稱(chēng)：基于數(shù)字匹配濾波器的多徑搜索與信道估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于直接序列擴(kuò)展頻譜(DS/SS)通信領(lǐng)域，包括碼分多址(CDMA)通信以及采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)的蜂窩移動(dòng)通信和無(wú)線(xiàn)接入。
本發(fā)明涉及基于數(shù)字匹配濾波器的捕獲、徑搜索、信道估計(jì)與相干碼片跟蹤實(shí)現(xiàn)方式，是一種嶄新的CDMA通信系統(tǒng)接收機(jī)實(shí)現(xiàn)方案，采用本發(fā)明可降低接收機(jī)的復(fù)雜程度，并提高接收機(jī)的性能。
本發(fā)明有益效果利用本發(fā)明可以在較低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的情況下靈活地實(shí)現(xiàn)高性能的擴(kuò)頻碼捕獲、多經(jīng)搜索、信道估計(jì)及碼片跟蹤。
初始捕獲是完成擴(kuò)頻信號(hào)接收的第一步，擴(kuò)頻接收機(jī)通過(guò)初始捕獲來(lái)獲得擴(kuò)頻碼的粗同步?；跀?shù)字匹配濾波器的初始捕獲是一種經(jīng)典的捕獲方法，通?？赏ㄟ^(guò)非相干檢測(cè)器作一次或多次判決來(lái)完成。具體的捕獲電路和搜索策略可以根據(jù)捕獲的性能要求和輸入信號(hào)的質(zhì)量來(lái)靈活考慮。具體來(lái)講，捕獲可分為限時(shí)和不限時(shí)兩種，其性能指標(biāo)具體體現(xiàn)在平均捕獲時(shí)間、捕獲時(shí)間方差、捕獲概率以及限時(shí)捕獲概率等幾個(gè)參數(shù)上，具體捕獲電路應(yīng)能滿(mǎn)足這些指標(biāo)的性能要求?；跀?shù)字匹配濾波捕獲的特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)快速捕獲，因?yàn)閿?shù)字匹配濾波能連續(xù)提供擴(kuò)頻碼各個(gè)相位的相關(guān)值。另外，基于數(shù)字匹配濾波器的捕獲可以通過(guò)對(duì)匹配濾波器輸出相關(guān)值作相干或非相干累加來(lái)提高捕獲電路的檢測(cè)性能。值得注意的是，本發(fā)明的特點(diǎn)不在于此，初始捕獲只是該發(fā)明實(shí)現(xiàn)的功能之一，基于匹配濾波器的捕獲、徑搜索、碼片跟蹤以及信道估計(jì)是一個(gè)相互制約、緊密聯(lián)系的整體。
初始捕獲完成后進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，同時(shí)可啟動(dòng)徑搜索和信道估計(jì)電路。跟蹤電路用延遲鎖相環(huán)(DLL)實(shí)現(xiàn)。通常延遲鎖相環(huán)用遲/早兩個(gè)相關(guān)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，比較遲/早兩個(gè)相關(guān)器輸出的相關(guān)值得到鑒相誤差，鑒相誤差經(jīng)鎖相環(huán)路濾波后去控制ADC采樣時(shí)鐘相位或調(diào)整本地?cái)U(kuò)頻碼相位來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻碼的細(xì)跟蹤。
圖2所示為基于匹配濾波器的碼片跟蹤和信道估計(jì)實(shí)現(xiàn)電路。本發(fā)明采用調(diào)整采樣ADC時(shí)鐘的方式實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻碼的精確跟蹤。如附圖2所示，基于匹配濾波器的DLL的鑒相誤差直接從匹配濾波器輸出的相關(guān)值中提取，不需另作遲/早相關(guān)器。附圖中D表示延時(shí)器，2D為遲/早相關(guān)值之間的時(shí)延差，時(shí)延大小可以根據(jù)輸入相關(guān)值速率和鑒相的要求來(lái)決定。鑒相誤差提取具體采用相干或非相干可以靈活決定，若采用相干誤差提取，則可直接利用信道估計(jì)結(jié)果來(lái)實(shí)現(xiàn)。鑒相誤差的相關(guān)長(zhǎng)度可通過(guò)調(diào)整對(duì)相關(guān)值的累加次數(shù)來(lái)靈活改變，DLL調(diào)整時(shí)鐘的頻率也可以靈活調(diào)整。另外，由于無(wú)線(xiàn)環(huán)境和碼速率的不同，接收信號(hào)有單徑和多徑之分，對(duì)單徑信號(hào)的接收，DLL誤差提取不須考慮多徑的影響。多徑信號(hào)下DLL的實(shí)現(xiàn)方式可以靈活決定。由于該結(jié)構(gòu)中只有一個(gè)ADC采樣，即DLL調(diào)整的時(shí)鐘只有一個(gè)，因此多徑環(huán)境下鑒相誤差提取采用多徑分集合并的形式，合成一個(gè)誤差信號(hào)經(jīng)環(huán)路濾波后調(diào)整ADC時(shí)鐘。鑒相誤差的分集可采用選擇式分集，也可采用等增益合并或最大比合并的分集方式，具體采用哪種方式可以根據(jù)需求靈活選則。DLL調(diào)整ADC采樣的本地時(shí)鐘，結(jié)果使本地時(shí)鐘與發(fā)射信號(hào)時(shí)鐘達(dá)到頻率鎖定，同時(shí)微調(diào)碼片定時(shí)，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻碼的精確跟蹤。值得注意的是，DLL調(diào)整時(shí)鐘的精度可以靈活調(diào)節(jié)，ADC采樣時(shí)鐘可以是DLL所調(diào)整后直接產(chǎn)生的時(shí)鐘，也可以是它分頻后產(chǎn)生的低速率時(shí)鐘，且都不會(huì)影響DLL的跟蹤精度。
DLL的性能和跟蹤精度會(huì)影響徑搜索和信道估計(jì)的性能，而徑搜索和信道估計(jì)的性能同時(shí)又反過(guò)來(lái)影響DLL跟蹤的性能與精度。具體的說(shuō)，DLL的性能取決于某種信號(hào)環(huán)境下采用的實(shí)現(xiàn)方式(如前所述)，DLL跟蹤精度高、性能好，徑搜索的檢測(cè)概率就會(huì)高，虛警概率就會(huì)減小，同時(shí)信道估計(jì)就會(huì)更可靠。反過(guò)來(lái)，徑搜索為DLL和信道估計(jì)提供定時(shí)基準(zhǔn)，信道估計(jì)為相干DLL提供信道響應(yīng)參數(shù)，因此徑搜索和信道估計(jì)的準(zhǔn)確程度又影響著DLL的跟蹤性能。
基于數(shù)字匹配濾波的徑搜索是在確定了信號(hào)到達(dá)的不確定性區(qū)間(由信號(hào)的無(wú)線(xiàn)幀定時(shí)和無(wú)線(xiàn)信道的時(shí)延擴(kuò)展來(lái)確定的信號(hào)可能到達(dá)時(shí)刻的范圍)后，搜索該區(qū)間對(duì)應(yīng)的匹配濾波輸出相關(guān)值以確定可分離路徑的到達(dá)時(shí)刻。和初始捕獲不同的是，初始捕獲是在沒(méi)有確定信號(hào)到達(dá)的不確定性區(qū)間的情況下捕獲信號(hào)的。在無(wú)線(xiàn)環(huán)境慢變時(shí)，如衛(wèi)星信道、視距傳輸?shù)群銋⒒蚵冃诺拉h(huán)境，信號(hào)到達(dá)路徑相對(duì)穩(wěn)定或變化緩慢，此時(shí)跟蹤電路可以跟上信號(hào)的慢變，因此只需初始捕獲與跟蹤電路即可，徑搜索電路可以省去。在無(wú)線(xiàn)環(huán)境較呈現(xiàn)快變時(shí)，如快速移動(dòng)環(huán)境下，到達(dá)接收機(jī)的路徑隨接收機(jī)位置的快速改變而出現(xiàn)劇烈變化(包括信號(hào)電平的衰落、舊路徑的消失以及新到達(dá)路徑的出現(xiàn))，此時(shí)跟蹤電路已無(wú)法跟上路徑的這種劇烈變化，徑搜索電路實(shí)時(shí)地搜索信號(hào)到達(dá)時(shí)刻，并決定是否需要更新跟蹤解擴(kuò)和信道估計(jì)的徑地址(信號(hào)到達(dá)徑的位置)，從而使接收機(jī)保持正常工作而不須在跟蹤失敗時(shí)重新啟動(dòng)捕獲電路。
基于數(shù)字匹配濾波的徑搜索電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，捕獲速度快，因?yàn)槠ヅ錇V波器能夠不停地提供信號(hào)到達(dá)不確定性區(qū)間的相關(guān)值，至于搜索的具體策略卻可以靈活決定。
信道估計(jì)指對(duì)到達(dá)信號(hào)的幅度和相位進(jìn)行估計(jì)，一般是在擴(kuò)頻碼的精確跟蹤以后，通過(guò)引導(dǎo)信號(hào)輔助完成的。引導(dǎo)信號(hào)可以是時(shí)分地承載在其他如數(shù)據(jù)信道上的確知信號(hào)，也可以是與其他信道并行的單獨(dú)無(wú)線(xiàn)信道。若是時(shí)分地承載在其他信道上，則可以從固定位置取出匹配濾波器輸出結(jié)果來(lái)完成信道估計(jì)；若是單獨(dú)的無(wú)線(xiàn)信道，則該信道上對(duì)應(yīng)徑地址處的匹配濾波輸出相關(guān)結(jié)果均可用來(lái)作信道估計(jì)。
圖2所示，基于數(shù)字匹配濾波器的信道估計(jì)是在完成徑搜索和進(jìn)入碼片跟蹤狀態(tài)后針對(duì)每個(gè)信號(hào)到達(dá)路徑進(jìn)行的，此時(shí)只需分別取出每徑對(duì)應(yīng)位置(圖2中由徑地址產(chǎn)生的指示來(lái)表示)的相關(guān)值經(jīng)平滑累加或其他算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不須額外使用相關(guān)器，從而簡(jiǎn)化了電路。具體算法和參數(shù)可以靈活選定，如平滑累加的次數(shù)可以根據(jù)不同的環(huán)境靈活選擇，另外還可以使用一些輔助算法如自適應(yīng)算法來(lái)提高估計(jì)性能。
基于數(shù)字匹配濾波器實(shí)現(xiàn)的接收機(jī)結(jié)構(gòu)以一種簡(jiǎn)單的電路來(lái)綜合選擇各種算法，使各個(gè)部件的性能達(dá)到更優(yōu)。
綜上所述，本發(fā)明的基本特征是DSSS通信中的擴(kuò)頻碼捕獲、多經(jīng)搜索、信道估計(jì)及碼片跟蹤全部基于數(shù)字匹配濾波器實(shí)現(xiàn)，以較低的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性獲得較高的接收性能，其突出優(yōu)勢(shì)是其靈活性、低復(fù)雜度和高性能。
本發(fā)明的保護(hù)不受

圖1實(shí)施例所描述特征的限制，而且包括其他的變形，以及在權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)的變更。
權(quán)利要求
1.基于數(shù)字匹配濾波器多徑搜索與信道估計(jì)方法，其特征在于利用數(shù)字匹配濾波器完成一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)頻碼道的數(shù)字匹配濾波，連續(xù)提供對(duì)應(yīng)擴(kuò)頻碼道的相關(guān)值，對(duì)要捕獲的擴(kuò)頻碼道的相關(guān)值進(jìn)行非相干累加并判決即可實(shí)現(xiàn)該碼道的擴(kuò)頻碼捕獲；同樣利用數(shù)字匹配濾波器輸出的相關(guān)值進(jìn)行相干或非相干累加并進(jìn)行比較判決，可以以較高的增益搜索到多徑信號(hào)并獲得每個(gè)徑的可靠信道估計(jì)結(jié)果；針對(duì)需要進(jìn)行碼片跟蹤的擴(kuò)頻碼道，對(duì)數(shù)字匹配濾波器輸出的一個(gè)或多個(gè)路徑的相關(guān)峰的超前和滯后相關(guān)值進(jìn)行運(yùn)算可獲得碼片跟蹤誤差信號(hào)，據(jù)此即可完成碼片跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的基于數(shù)字匹配濾波器多徑搜索與信道估計(jì)方法，其特征在于數(shù)字匹配濾波器可以是一個(gè)或多個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的基于數(shù)字匹配濾波器多徑搜索與信道估計(jì)方法，其特征在于數(shù)字匹配濾波器的級(jí)數(shù)可以使任意的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的基于數(shù)字匹配濾波器多徑搜索與信道估計(jì)方法，其特征在于擴(kuò)頻碼捕獲的搜索策略可以是任意的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的基于數(shù)字匹配濾波器多徑搜索與信道估計(jì)方法，其特征在于擴(kuò)頻碼捕獲時(shí)的非相干累加方式和累加次數(shù)可以是任意的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的基于數(shù)字匹配濾波器多徑搜索與信道估計(jì)方法，其特征在于多徑搜索時(shí)的非相干或相干累加方式和累加次數(shù)可以是任意的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的基于數(shù)字匹配濾波器多徑搜索與信道估計(jì)方法，其特征在于多徑搜索的策略可以是任意的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的基于數(shù)字匹配濾波器多徑搜索與信道估計(jì)方法，其特征在于信道估計(jì)的算法和實(shí)現(xiàn)方法可以是任意的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的基于數(shù)字匹配濾波器多徑搜索與信道估計(jì)方法，其特征在于碼片跟蹤可采用相干或非相干方式。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的基于數(shù)字匹配濾波器多徑搜索與信道估計(jì)方法，其特征在于碼片跟蹤的實(shí)現(xiàn)方法可以是任意的。
全文摘要
本發(fā)明利用數(shù)字匹配濾波器完成一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)頻碼道的數(shù)字匹配濾波,連續(xù)提供對(duì)應(yīng)擴(kuò)頻碼道的相關(guān)值,對(duì)要捕獲的擴(kuò)頻碼道的相關(guān)值進(jìn)行非相干累加并判決即可實(shí)現(xiàn)該碼道的擴(kuò)頻碼捕獲;同樣利用數(shù)字匹配濾波器輸出的相關(guān)值進(jìn)行相干或非相干累加并進(jìn)行比較判決,可以以較高的增益搜索到多徑信號(hào)并獲得每個(gè)徑的可靠信道估計(jì)結(jié)果;針對(duì)需要進(jìn)行碼片跟蹤的擴(kuò)頻碼道,對(duì)數(shù)字匹配濾波器輸出的一個(gè)或多個(gè)路徑的相關(guān)峰的超前和滯后相關(guān)值進(jìn)行運(yùn)算可獲得碼片跟蹤誤差信號(hào),據(jù)此即可完成碼片跟蹤。
文檔編號(hào)H04B1/707GK1365210SQ0113672
公開(kāi)日2002年8月21日 申請(qǐng)日期2001年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月22日
發(fā)明者張效義, 于宏毅, 蔡斌, 胡捍英, 劉正軍 申請(qǐng)人:信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所, 中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué)