專利名稱：碼分多址通信系統(tǒng)中的搜索窗延遲跟蹤的制作方法
技術領域：
本發(fā)明與蜂窩無線電話通信系統(tǒng)中的碼分多址(CDMA)通信有關，具體地說，與CDMA RAKE型接收機中所用的多路徑搜索處理器有關。
背景技術：
和概述直接序列碼分多址(DS-CDMA)允許信號在時間上和在頻率上都可以交疊，使得來自多個用戶的CDMA信號能同時在同樣的頻帶或者說頻譜內出現(xiàn)。原則上，一個需發(fā)送的源信息數(shù)字數(shù)據(jù)流被加到一個由偽隨機噪聲(PN)代碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的速率高得多的數(shù)據(jù)流上。這種將一個高比特率的編碼信號與一個低比特率的數(shù)據(jù)信息流的組合“擴展”了信息數(shù)據(jù)流的帶寬。因此，每個信息數(shù)據(jù)流分配到一個唯一的PN碼或者說擴頻碼(或者一個在時間上具有一個唯一偏移量的PN碼)，以產(chǎn)生相應收信臺可以分別接收的信號。從接收到的多個不同編碼信號的復合信號中，通過將這個復合信號與特定信息信號的特定PN擴頻碼相關，來分離和解調出一個特定PN編碼的信息信號。這種相反的解擴操作對接收信號進行壓縮，從而恢復了原始數(shù)據(jù)信號，同時也抑制了來自其他用戶的干擾。
除了接收到一些不同的信息源發(fā)送的信號，一個接收機還可能接收到單個發(fā)送源發(fā)送的同一個信號通過多個各別的傳播路徑來的信號。這種多路徑信道的一個特征是引入了時散(time spread)。例如，如果一個理想的脈沖通過一個多路徑信道發(fā)送，那么接收到的相應信號表現(xiàn)為一系列脈沖，每個脈沖或者說路徑相應具有不同的時間延遲，以及不同的振幅和相位。這樣一個復接收信號通常叫做信道脈沖響應(CIR)。在一個移動無線電信道中由于信號從環(huán)境障礙物，諸如建筑物、樹、車、人等等，反射而引起多路徑。此外，移動無線電信道是動態(tài)信道，在一定意義上是隨時間變化的，因為相對運動會影響產(chǎn)生多路徑的結構。對于一個通過時變多路徑信道發(fā)送的信號來說，接收的多個相應路徑在時間、位置、衰減和相位上都有不同。
然而，多個路徑的存在在CDMA系統(tǒng)中也可以通過信號分集合并技術加以利用的優(yōu)點。一個優(yōu)點涉及到作為移動通信中獨有的問題的信號衰落。雖然每個多路徑信號可能受到衰落，但所有的這些多路徑通常不會同時都衰落。因此，從CDMA接收機輸出的分集合并信號不會受到一個多路徑暫時衰落的不利影響。
按照本發(fā)明實現(xiàn)的CDMA接收機采用了一個多路徑搜索處理器，搜索和標識一些最強的多路徑和它們的相應時間延遲。RAKE解調器通過將一系列并行解調器(稱為RAKE“指(finger)”)分配給接收的多路徑信號中如由多路徑搜索處理器確定的這些最強的多路徑分量來獲取大部分接收信號能量。每個RAKE指的輸出在相應延遲補償后分集合并成一個“最佳”解調信號，這顯著地改善了CDMA蜂窩無線電通信系統(tǒng)中的通信的質量和可靠性。
按照本發(fā)明的一個實施例使用的多路徑搜索處理器(有時就稱為“搜索器”)標識出一個復接收信號的信道脈沖響應，以便提取各個多路徑分量的相對延遲。搜索器還對由于與多路徑之一有關的移動臺或其它物體的運動而引起的傳播條件的改變進行跟蹤，調整提取的延遲。
具體地說，在稱為搜索窗的路徑到達時間或路徑到達延遲的一定范圍內對接收的一個多路徑信號的信道脈沖響應進行估計。所有在搜索窗內檢測到的信號形成一個延遲層面分布，但是只有那些起源于發(fā)射機的信號才屬于信道脈沖響應。在延遲層面分布內的其余接收信號是噪聲和干擾。在形成延遲層面分布的這些信號用各自的功率和延遲表示時，這個延遲層面分布就稱為功率延遲層面分布(PDP)。
可以非常頻繁地估計信道脈沖響應，跟蹤無線電信道的延遲變化。具體地說，由于移動臺的運動或者其他目標運動以及由于在發(fā)射機內用于擴頻的與在接收機內用于解擴的PN序列產(chǎn)生器的頻率不匹配，信道脈沖響應在搜索窗內的位置經(jīng)常變動。結果，搜索窗的位置必須加以調整，以便使信道脈沖響應保持在搜索窗的中間。
因此，本發(fā)明的一個目的是修改搜索窗的位置，使所估計的信道脈沖響應與搜索窗精確對準。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種準確而有效地確定信道脈沖響應的中心的方法，因此可以將搜索窗調整到一個精確的中心位置。
本發(fā)明的又一個目的是按照對搜索窗的調整修改每個所選多路徑延遲。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種高效率的對搜索窗延遲調整信號進行濾波的方法，以便將噪聲和干擾的影響減到最小。
本發(fā)明提供了一種用于CDMA無線電接收機的多路徑搜索處理器的搜索窗延遲跟蹤過程。對于一個含有多個各有相應路徑延遲的路徑的接收信號估計出信道脈沖響應。有一個搜索窗限定了一個延遲層面分布，這個延遲層面分布含有(1)形成信道脈沖響應(CIR)的接收信號的多個多路徑分量，以及(2)處在不存在發(fā)送的多路徑分量的延遲處的噪聲和干擾信號。對于所估計的信道脈沖響應(CIR)計算出一個平均延遲，確定平均CIR延遲與一個與CIR搜索窗的中心相應的所要求的延遲位置之間的誤差。進行減小這個誤差的調整，使得搜索窗的中心與平均CIR延遲對準。誤差可以用線性(在一個實施例中)或者非線性(在另一個實施例中)方式處理，充分減小這個誤差以及減小噪聲的影響。
非線性濾波過程包括為每次迭代根據(jù)平均CIR延遲計算一個延遲離散度(delay spread)，每次迭代相應于一個與每個新的輸入相應的窗延遲跟蹤過程的處理周期。確定出相繼的延遲離散度之差。如果這個差小于或等于一個門限，就將搜索窗調整信號設置為等于誤差信號。或者，如果所述差大于這個門限，就將調整信號設置為零。因此，如果在這次迭代中延遲離散度明顯不同于在上次迭代中的延遲離散度，就認為這次迭代中所計算出的新的誤差樣點是不可靠的，從而不進行調整。
在一個優(yōu)選的典型實施例中，本發(fā)明應用于一個無線電基站，這個無線電基站包括多個扇區(qū)，每個扇區(qū)有一個或多個接收來自一個移動臺的含有多個路徑的信號的定向天線。每個路徑具有一個相應的延遲。處在基站的一個多路徑搜索處理器包括多個信道估計器，各與其中一個扇區(qū)相應。每個信道估計器在一個搜索窗內產(chǎn)生一個含有實際信道脈沖響應以及噪聲和干擾的延遲層面分布。在多路徑搜索處理器內的一個路徑選擇器從每個信道估計器產(chǎn)生的這些延遲層面分布中選擇帶有強信號的路徑，輸出一個經(jīng)選擇的由每個所選路徑的相應延遲和功率組成的信道脈沖響應。有一個窗跟蹤單元維護所選信道脈沖響應的中心與搜索窗的中心的對準。一個解調器對這些所選路徑進行解調、將經(jīng)解調的路徑合并成一個合并的接收信號。窗跟蹤單元不但調整各信道估計器內的搜索窗，維護中心對準，而且按照任何搜索窗的調整修改所選路徑的延遲。
具體地說，窗跟蹤單元根據(jù)所選路徑計算平均延遲，確定平均延遲與搜索窗的中心之間的誤差，以及調整每個搜索窗的位置，以便減小這個誤差。有一個窗跟蹤單元控制器計算每個新選擇的信道脈沖響應的延遲離散度，確定相繼的延遲離散度之間的差，以及如果這個差小于或等于一個門限就將調整信號設置成與誤差信號成正比而如果這個差大于這個門限就將調整信號設置成等于零。
附圖簡要說明從以下對附圖所示的優(yōu)選實施例的說明中可以清楚地看到發(fā)明的上述及其他目的、特色和優(yōu)點，其中參考字符與各個附圖標示的相同。這些附圖并不按比例示出，因為強調的是例示本發(fā)明的原理。


圖1為可以采用本發(fā)明的蜂窩無線電通信系統(tǒng)的功能方框圖；圖2為例示一個移動臺與一個基站之間的多路徑傳播的示意圖；圖3為示出有利于說明本發(fā)明原理的典型多路徑信道脈沖響應的延遲層面分布的例示圖；圖4例示了一個可以采用本發(fā)明的CDMA接收機的典型實施例；圖5例示了圖4所示接收機處理和解調的典型信息發(fā)送信號的格式；圖6為可以有益地采用本發(fā)明的圖4中所示的多路徑搜索處理器的功能方框圖；圖7為圖6所示多路徑搜索處理器中的選擇器的功能方框圖；圖8為圖6所示的多路徑搜索處理器的信道估計器之一的功能方框圖；圖9為圖8所示的信道估計器中的解擴器的功能方框圖；圖10為按照本發(fā)明的一個典型實施例實現(xiàn)的窗跟蹤單元的功能方框圖；圖11為按照本發(fā)明的另一個典型實施例實現(xiàn)的窗跟蹤單元的功能方框圖；圖12為例示按照本發(fā)明的一個典型實施例實現(xiàn)的搜索窗延遲跟蹤過程的流程圖；以及圖13為例示按照本發(fā)明的一個典型實施例實現(xiàn)的另一個搜索窗延遲跟蹤過程的流程圖。
附圖詳細說明在以下說明中，為了能對本發(fā)明有徹底的了解提出了一些具體細節(jié)，諸如特定的實施例、電路、信號格式、技術等等，這些都是解釋性的，而不是限制性的。然而，熟悉這種技術的人員很清楚，本發(fā)明可以實際應用于細節(jié)與此不同的其他實施方式。例如，雖然本發(fā)明是以基站接收機為背景進行說明的，但是本發(fā)明可以應用于任何接收機，例如移動臺接收機。在其他情況下，省去了對眾所周知的方法、設備和電路的詳細說明，以免不必要的細節(jié)反而使對本發(fā)明的說明模糊不清。
下面，以圖1所示的CDMA(最好是寬帶CDMA)蜂窩無線電電信系統(tǒng)10為背景對本發(fā)明進行說明。一種有代表性的、示為云彩12的面向連接的外部核心網(wǎng)絡可以是例如公眾電話交換網(wǎng)(PSIN)和/或綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN)。一種有代表性的、示為云彩14的面向無連接的外部核心網(wǎng)絡可以是例如互聯(lián)網(wǎng)。兩個核心網(wǎng)絡與一個或多個業(yè)務節(jié)點連接。為簡單起見，示出的只有單個業(yè)務節(jié)點，作為一個提供交換服務的移動業(yè)務交換中心(MSC)節(jié)點16。移動業(yè)務交換中心16與多個無線電網(wǎng)控制器(RNC)18連接。無線電網(wǎng)控制器13建立和釋放一個或多個基站(US)20與移動臺(MS)24之間的特定信道，包括選擇和分配擴頻碼和分集切換?；?0處理與移動臺24的寬帶CDMA無線電接口，它包括為網(wǎng)絡內本小區(qū)和小區(qū)的扇區(qū)服務所需的諸如收發(fā)機、數(shù)字信號處理器和天線之類的無線電設備。如作為其中之一的基站20所示出的那樣，每個基站可以包括多個扇區(qū)22，而每個扇區(qū)最好包括兩個分集式天線。
圖2例示了一個簡化了的動態(tài)多路徑傳播模型。雖然多路徑傳播必然涉及移動臺和基站雙方，但是僅僅為了說明，這個多路徑例子只是例示了從一個移動臺24向一個基站20發(fā)送信號的情況。發(fā)送的信號在基站20由多個扇區(qū)22內的分集式天線接收，每個接收信號具有多個路徑P1、P2和P3。路徑1是直接首先接收的，往往是最強的路徑。路徑2是從一個諸如建筑物之類的固定物體反射的。路徑3是從一個諸如汽車之類的運動目標反射的路徑。移動臺24可能也是運動的。于是，基站20內的接收機的基本問題是標識這些路徑P1-P3和確定它們的幅值和相對延遲，使得對這三個路徑可以在考慮到它們各自的延遲的情況下進行分集合并。
圖3例示了用來解釋本發(fā)明的原理的示意圖。圖的縱軸是接收信號功率，而橫軸是與接收信號采樣率有關的延遲時間區(qū)間。這個波形是估計的信道脈沖響應，包括四個幅值超過檢測門限的尖峰。只有與路徑P1、P2和P3相應的三個失峰是真實的多路徑。第四個尖峰是一個虛假的尖峰，但是因為它超過了門限，因此也確定為一條路徑。路徑1相應于延遲τ1，路徑2相應于延遲τ2，而路徑3相應于延遲τ3。
橫軸的寬度相應于一個搜索窗。檢索窗的寬度(Nwindow)足以完全地容納這些信道脈沖響應(接收信號的所有值得注意的多路徑)加上附加的偏移量，因此窗比含有真實的多路徑的信道脈沖響應部分寬一些。正式些說，搜索窗由用作接收信號與PN碼相關的開始位置的延遲值的數(shù)目限定，以便覆蓋最后到達、檢測到的多路徑分量相對于首先到達、檢測到的多路徑分量的最大預期延遲。在這個實施例中，與最大預期多路徑延遲相應的復樣點數(shù)是160，因此Nwindow等于160個延遲位置。
按照本發(fā)明，搜索窗的中心(第Nwindow/2=80個延遲位置)最好是與信道脈沖響應的中心對準的。這保證了包括最強的真實多路徑在內的這些信道脈沖響應都包含在搜索窗內，進行處理，例如解調。否則，就有遺漏一個或多個多路徑分量的危險。
直接選擇最強的或首先到達的路徑作為搜索窗的對準點并不能得出特別精確的結果，因為這些對準點中任何一個都按照衰落或噪聲起伏，因此搜索窗不是以信道脈沖響應為中心的。相反，在本發(fā)明中，搜索窗的中心是與信道脈沖響應的平均延遲時間值對準的。這個平均延遲通過對信道脈沖響應的每個多路徑的延遲進行平均確定。搜索窗的中心Nwindow/2(在圖3中的延遲位置80處)與平均延遲位置(在一個稍小于80的延遲位置處)之間的差或誤差ε檢測出后，通過調整搜索窗的位置(或者通過進行其它的調整)使它減到最小。
考慮到圖2的多路徑例示和圖3所示情況(包括圖3中規(guī)定的參數(shù))，下面對基站接收機50進行介紹。同樣，雖然這些優(yōu)選實施例是配合本發(fā)明用于基站20說明的，但是熟悉該技術的人員可以理解，本發(fā)明可以用于任何接收機，包括移動臺內的接收機。
接收機50包括一個具有多個RAKE指(RAKE finger)解調器(未示出)的RAKE解調器54，這些RAKE指解調器接收來自PN序列發(fā)生器58的輸入(即PN解擴碼序列)和來自定時控制單元56的輸入。定時控制單元56產(chǎn)生同步(SYNC)信號提供給RAKE解調器54和提供給也與RAKE解調器54連接的多路徑搜索處理器60。來自用于六個基站扇區(qū)(0-5)的兩個分集天線0和1的信號分別送至各自的自動增益控制(AGC)電路52。每個AGC電路與兩個分集天線信號連接，以減小接收信號的長期動態(tài)范圍，從而減少表示信號所需的比特數(shù)但又保留了信號的信息內容。模數(shù)轉換可以在AGC之前或AGC之后執(zhí)行，因此在圖中沒有明確示出。多路徑搜索處理器60為每個扇區(qū)利用那些輸出樣點計算出延遲層面分布，這在下面還要詳細說明。這些信號樣點也提供給RAKE解調器54解擴和合并。利用多路徑搜索處理器按照由所有基站扇區(qū)接收的最強的多路徑從不同的扇區(qū)選擇的若干個天線信號，產(chǎn)生經(jīng)合并的輸出信號。
雖然本發(fā)明具體針對的是多路徑搜索處理器60，但對基站接收機怎樣處理接收信號作簡要的大體說明對于理解本發(fā)明來說是有幫助的?；纠靡苿优_發(fā)送的領示碼元或其他已知信號估計信道脈沖響應。基站需要從接收信號樣點中得出提取周期性地插入的領示碼元所必需的同步信號。在移動無線電裝置在一個用來從基站獲得一個業(yè)務信道的已知接入信道上執(zhí)行一個隨機接入過程以后，就可以獲得這樣的初始同步。在成功地完成隨機接入過程以后，基站同步到從移動臺首先到達、檢測到的多路徑信號分量上。最初接收到的同步信號用來提取在業(yè)務信道上后來發(fā)送的領示碼元。進一步調整同步信號是搜索器內窗延遲跟蹤單元的任務。
為了理解領示碼元的作用和運用，下面將參照示出移動臺發(fā)送信息的典型數(shù)據(jù)格式的圖5進行說明。信息碼元在最高層格式化成接連的超幀，提供給移動臺發(fā)射機內的適當擴頻電路。超幀信息利用基站為移動臺指定的PN碼擴頻后通過無線電接口發(fā)送。每個超幀(例如可以是840毫秒)可以包括例如64個接連的無線電幀，每個無線電幀可以是10毫秒。類似，每個10毫秒的無線電幀可以包括16個時隙，每個時隙包括用來同步的領示或已知碼元和含有需解調和傳送給基站的未知信息碼元的信道碼元。
假如已獲得初始同步，下面將參照圖6中更為詳細例示的多路徑搜索處理器60進行說明。每個自動增益控制單元接收的信號相應于這個移動臺發(fā)送的信號。每個自動增益控制電路52都連接到基站選擇器62?；具x擇器62從來自每個基站扇區(qū)的兩個天線信號中選擇信號樣點塊。同樣，可以理解，雖然在這個典型實施例中采用的是扇區(qū)和天線分集，但本發(fā)明并不局限于天線分集或與扇區(qū)配合的基站。
每個基站扇區(qū)具有M個信道估計器64中相應的一個信道估計器，其中M為基站扇區(qū)數(shù)。選擇器62提取需從中搜索已知碼元(例如，領示碼元)的信號樣點塊，將那些信號樣點塊提供給它們的相應信道估計器64。信道估計器64執(zhí)行代碼匹配濾波，對代碼匹配濾波器響應進行相干和非相干積分。在相干積分中，將在若干個相繼時隙內對于接收信號樣點塊的相同延遲獲得的復相關值加在一起。在非相于積分中，將相干積分的相關值的平方相加。對于每個天線，相應的信道估計器將一個與估計的信道脈沖響應相應的平均功率延遲層面分布傳送給路徑選擇單元66。路徑選擇單元66對M個延遲層面分布中的信號和噪聲樣點進行識別，選擇若干個最強的路徑信號給RAKE解調器54解調。
路徑選擇單元66選擇的N個路徑的相應路徑延遲和功率提供給一個窗跟蹤單元70。選擇的路徑的數(shù)目N應該等于RAKE指的數(shù)目，但是如果沒有足夠多的功率高于檢測門限的路徑，N也可以小些。這些所選路徑形成如上面定義的一個所選信道的脈沖響應。窗跟蹤單元70的主要功能是使這個多路徑信道脈沖響應保持在搜索窗的中間。搜索窗的位置利用從窗跟蹤單元70提供給定時控制塊56的搜索窗位置校正信號進行校正。通過調整相位，即加到信道估計器64的PN產(chǎn)生器的狀態(tài)，可以有效地調整搜索窗。窗跟蹤單元70的另一個功能是按照搜索窗調整修改所選路徑的延遲τ1’,…,τN’。碼片同步裝置68確定初始同步過程是否完成，如果是，將一個碼片同步標志置位。如果有至少一個選擇的路徑，功率Pk超過路徑選擇單元66內的檢測門限，碼片同步裝置68就檢測到碼片同步已經(jīng)實現(xiàn)。
選擇器62包括一個扇區(qū)選擇器72和一個領示信號選擇器74，如圖7所示。扇區(qū)選擇器72選擇需搜索哪幾個基站扇區(qū)。對于每個所選基站扇區(qū)，同時搜索兩個扇區(qū)天線。因此，由于只有M=2個信道估計器64和一次只搜索一個基站扇區(qū)，可以有益地減少硬件的復雜性。結果，扇區(qū)選擇器在時間上多路復用不同的扇區(qū)天線的輸出。領示信號選擇器74有M個領示信號分路器76，將選定的輸出分別提供給相應的M個信道估計器64。
每個領示信號分路器76提取和緩存Lbuffer個復樣點。假設在接收機內碼片的重復采樣率oversampling factor為四(即每個碼片四個樣點)，每個領示信號分路器內的緩存器的長度就由下式給出Lbuffer=Npilot symbl*spreading factor*oversampling factor+Nwindow-1(1)其中Npilot symbol為每個時隙內的已知領示碼元的數(shù)目，而spreadlngfactor為擴頻因子，相應于每個碼元的碼片數(shù)。如圖3所示，一個典型的搜索窗的寬度Nwindows等于160個復樣點(延遲時間區(qū)間)，相應于多路徑信道脈沖響應的最大預期延遲。因為確切的信道脈沖響應位置是不確定的，所以連同與已知領示碼元相應的樣點數(shù)一起存儲了附加的Nwindows…-1個樣點。
圖8示出了這相同的M個并行信道估計器64中的一個信道估計器的結構。來自相應的領示分路緩存器76的經(jīng)多路分路和緩存的信號在解擴器80內與已知的復PNI/PNQ解擴碼(領示序列)相關，所產(chǎn)生的復相關向量再在乘法器82內乘以一個取決于自動增益控制量的比例因子。圖9比較詳細地示出了解擴器80。輸入的復信號在并行I/Q抽取器91內以因子R=4降采樣(抽取)，得到每個碼片一個樣點。經(jīng)降采樣的信號在復數(shù)乘法器94內與PN緩存器和領示信號再調制器93提供的一段復共軛和再調制擴頻序列按碼片逐個相乘。復數(shù)乘法的結果在并行I/Q積分器95內對L個碼片積分，產(chǎn)生一個復相關值。執(zhí)行擴頻序列的再調制是為了消除領示碼元模式(即它的信息內容)對相關值的影響。
同樣的復PN序列(即包括實部和虛部PNI和PNQ兩個序列)用復解擴器80與存儲在相應的領示信號分路器76的緩存器內的接收信號的相繼樣點偏移進行相關。這個相關過程對于PN解擴序列的一個給定段重復Nwindow=160次，產(chǎn)生在這個相關向量內的160個復相關值。從相繼時隙得出的這些復相關向量在相干累加器84內相干積分(即將從相繼時隙得出的相應復相關值同相相加)。得到相干積分器84的輸出的絕對值后再加以平方(方框86)，得到延遲功率譜(DPS)。延遲功率譜在非相干累加器88內非相干積分，產(chǎn)生每個無線電幀一個的功率延遲層面分布(PDP)。最好在滑動平均器90內對功率延遲層面分布執(zhí)行附加的平均，得到若干個幀的平均PDP，減少了噪聲/干擾尖峰。
在這個例子中，在每個基站扇區(qū)內實現(xiàn)兩個天線的分集。從同一個扇區(qū)內的兩個天線得出的平均功率延遲層面分布相加后與相應的延遲值一起存儲。這些路徑的功率值在平均PDP內與一個檢測門限(例如圖3中的水平虛線)相比，只將那些超過門限的路徑功率值確定為真實的路徑。從所有的搜索扇區(qū)得出的這些真實的路徑通過比較，按照它們的功率遞減次序從中分選出N個最強的路徑。產(chǎn)生這些所選路徑的延遲τ1’,…,τN’和功率P1,…,PN作為窗跟蹤單元70的輸入信號。選擇信息S1,…,SN表示選擇的是哪幾個基站扇區(qū)和分集天線信號。這個選擇信息在RAKE接收機內用來選擇適當?shù)妮斎胄盘?。此外，還提供每個扇區(qū)的平均干擾功率作為信號與干擾比(SIR)估計的輸入信號，用來進行功率控制。然后，將N個最強路徑分配給RAKE解調器內的相應解調指，予以解調和分集合并。
下面來看圖10，窗跟蹤單元70從路徑選擇單元66接收到所選路徑的延遲τ1’,…,τN’和功率P1,…,PN。窗跟蹤單元70包括一個誤差檢測器100。誤差檢測器100包括一個信道脈沖響應(CIR)平均位置計算器102和與之連接的一個加法器104。加法器104還在一個減法端接收按延遲區(qū)間計量的搜索窗的中心位置Nwindow/2作為一個輸入。加法器104的輸出一個相應于在處理周期m內由控制器108分析的誤差信號ε(m)。信道脈沖響應平均位置計算器102輸出的平均延遲值作為一個輸入與所選路徑的相應延遲τ1’,…,τN’和功率P1,…,PN一起提供給一個信道脈沖響應延遲離散度計算器106。在圖3中標記了搜索窗、平均延遲、延遲離散度、路徑P1-P3和延遲τ1-τ3的例子。
控制器108對誤差ε(m)與CIR延遲離散度計算器106提供的延遲離散度一起進行處理，產(chǎn)生一個調整信號A(m)，提供給加法器110和積分器112。調整信號A(m)用來調整提供給RAKE解調器的所選路徑的延遲τ1’,…,τN’，使得適當?shù)难舆t可以加到RAKE指輸出，以便進行相干相加產(chǎn)生合并的輸出信號。積分器112包括一個加法器114和一個延遲器116，對控制器108的輸出進行累積，向定時和控制單元56輸出一個搜索窗位置校正信號W(m)。定時控制單元56控制PN序列產(chǎn)生器58的相位，使得它按照W(m)的值延遲或提前。
在第一實施例中，控制器可以就是一個線性低通濾波器，起著一個控制環(huán)路濾波器的作用。環(huán)路濾波器的帶寬的一種優(yōu)選選擇是折衷考慮輸出噪聲的方差和環(huán)路的跟蹤速度。本發(fā)明的第二實施例實現(xiàn)控制器108用的是一個非線性的低通誤差濾波過程，稱為“誤差驗證(error verification)”，這將在下面進一步進行說明。圖11示出了與誤差驗證實施例聯(lián)合使用的窗跟蹤單元70的第三實施例。低通濾波器120對控制器308的輸出進行濾波后再提供給加法器110和積分器112。低通濾波器120對控制器108輸出的控制信號進行平滑，以降低控制信號內殘存的噪聲。
下面說明按圖12以流程圖格式示出的調整搜索窗例行程序(方框130)調整搜索窗的總體操作。對與為RAKE解調選擇的那些最強路徑相應的路徑延遲和功率進行處理，確定一個信道脈沖響應(CIR)平均位置或延遲(方框132)。也就是說，所選路徑的路徑延遲和功率構成與接收信號相應的信道脈沖響應。將CIR平均位置與搜索窗的中心相比較，確定誤差(方框134)。這個誤差用來相對CIR平均位置調整搜索窗位置，以及校正RAKE解調器所用的每個路徑延遲(方框136)。
下面結合圖13以流程圖格式例示的誤差處理例行程序(方框140)說明處理在方框134確定的誤差的一組具體但仍然是典型的過程。根據(jù)每個所選路徑的延遲與平均延遲之差對于這些所選路徑的延遲確定延遲離散度(方框142)。然后，將延遲離散度與相繼的迭代相比較(方框144)。在方框146進行判決，確定相繼的延遲離散度之差是否大于門限T0。如果是，將調整信號設置為零(方框148)。不然的話，在方框146進行判決，確定當前的延遲離散度是否等于零。如果不等于零，就將調整信號設置為誤差(方框158)。與誤差相應的調整信號用來調整提供給RAKE解調器的路徑延遲(方框150)。如果當前的延遲離散度等于零，就將絕對調整信號值與一個平均調整信號相比較(方框159)，如果這差大于T1，就將調整信號設置為一個極限值T1(方框160)。調整信號經(jīng)積分后形成一個窗控制信號(方框152)。然后，按照這個窗控制信號調整搜索窗的位置(方框154)。
下面對窗跟蹤單元70中可以用來執(zhí)行各個功能的一些具體參數(shù)和方程式進行說明。平均延遲(mean_delay)用以下公式計算 其中τk’∈(0,1,,Nwindow-1)為各個路徑延遲，N為所選路徑數(shù)，而Pk為相應信號功率。每個路徑延遲可以表示為離搜索窗的開始位置的整數(shù)個位置數(shù)(采樣間隔數(shù))。在搜索窗內的搜索位置的總數(shù)等于Nwindow。
誤差信號ε(m)為平均延遲(mean_delay)與搜索窗內的中間位置之差，即ϵ(m)=mean_delay-Nwindow2---(3)]]>控制器108對這個誤差信號ε(m)進行處理，以便減小噪聲的影響，即防止或減小由于噪聲或于擾產(chǎn)生的錯誤的調整信號引起的搜索窗的移動。
這個誤差驗證的實施例所根據(jù)的是對相繼的延遲離散度值之差的監(jiān)測。對于每個從搜索路徑選擇單元中獲得的新的信道脈沖響應，利用以下公式計算出一個延遲離散度(delay_spread)delay_spread=Σk=1N(τk′-mean_delay)2·PkΣk=1NPk---(4)]]>如果在本次迭代“m”中的延遲離散度明顯不同于在上次迭代中的延遲離散度，就認為在本次迭代中計算出的新的誤差樣點是不可靠的。這種情況在檢測到由噪聲(干擾)所引起的虛假路徑時或者在由于瑞利衰落的影響一個或多個真實的路徑暫時消失時可能發(fā)生。
在延遲離散度差超過某個門限時，就迫使調整樣點A(m)為零。因此，不調整PN產(chǎn)生器的相位，從而搜索窗位置停留在原處。所以，調整計算的算法可以用以下表示式描述
A(m)=ε(m),｜C0(m)｜≤T00,｜C0(m)｜＞T0對于delay_spread(m)≠0 (5)其中條件C0(m)為C0(m)=delay_spread(m)-delay_spread(m-1)(6)而T0為延遲離散度差的門限。
由于脈沖整形濾波和路徑選擇單元的操作，任何具體路徑位置都可能在噪聲的影響下在幾個樣點內起伏，因此即使沒有出現(xiàn)一個新的路徑延遲離散度也可能起伏。所以，不將門限T0設置為等于零的理想值，而是設置為某個不等于零的值，例如T0=4。在一個移動臺運動時，延遲離散度可能不時劇烈改變，因此在實際應用中，控制信號A(m)將在第一次檢測到延遲離散度有大的改變時只在單次迭代中設置為零。然后，延遲離散度差減小到允許調整搜索窗的較小的值。
在當前的延遲離散度為零而與上個延遲離散度值的差小于門限的情況下，不進行這種對誤差信號的非線性濾波。這種情況在搜索器中估計的功率延遲層面分布只含有脈沖噪聲時發(fā)生，因此路徑選擇單元只發(fā)現(xiàn)單個帶有隨機延遲和零延遲離散度的虛假路徑。如果在相繼的兩次迭代中發(fā)生這種情況，延遲離散度之差將為零，于是式(5)中的上述誤差驗證條件將滿足，從而將送出一個錯誤的調整信號值。
因此，在當前的延遲離散度為零時，按以下產(chǎn)生調整信號A(m)=T1·sgn[ε(m)],如果Delay_spread(m)=0｜C0(m)｜≤T0｜C1(m)｜＞T1(7)以及A(m)=ε(m)，如果Delay_spread(m)=0｜C0(m)｜≤T0｜C1(m)｜≤T1,(｜Cn(m)｜)≤T1(8)其中G1(m)=｜ε(m)｜-｜A(x)｜(9)而T1=4為調整幅值門限。｜A(x)｜為調整幅度的平均值，定期按某個所選定的時間間隔計算，例如|A(x)|-=1NavΣI=(x-1).Navx.Nav-1|A(I)|-------(10)]]>其中x=integer(m/Nav)。對于上述分析，可以預料如果延遲離散度(delay_spread)用它的均方值代替性能相同(對于門限T0同樣成立)，這樣用數(shù)字信號處理器實現(xiàn)更為方便。
此后，調整信號A(m)經(jīng)積分后產(chǎn)生搜索窗位置控制信號W(m)W(m)=W(m-1)+A(m)(11)這確定了PN序列產(chǎn)生器58相對通過定時控制器56輸入的信號的相對相位，即所產(chǎn)生的PN序列的正或負的時移。如果PN產(chǎn)生器58是用一個帶反饋回路的移位寄存器和可控時鐘頻率實現(xiàn)的，那就不需要積分器112，調整信號A(m)反饋給這個本身就起積分器作用的PN產(chǎn)生器58。在任何情況下，正值的控制信號使所產(chǎn)生的PN序列延遲，而負值的控制信號使所產(chǎn)生的PN序列提前。對于實際實現(xiàn)來說，可能希望對跟蹤控制信號進行量化，使它相應于PN碼片的一個整數(shù)。因為在數(shù)據(jù)碼元與PN序列定時之間有一個固定的關系，所以PN序列相位的延遲或提前同樣影響幀、時隙和數(shù)據(jù)同步。因此，保證了根據(jù)時隙同步對領示信號分路器76進行適當操作。
除了使信道脈沖響應保持在搜索窗中心之外，窗跟蹤單元70還按照搜索窗的調整修改所選路徑的延遲τ1’,…,τN’。也就是說，在搜索器60確定與更改的窗口位置相應的新的路徑延遲前有一個幀周期的延遲。在這段時間內，PN產(chǎn)生器58產(chǎn)生的解擴PN序列的相位將有調整，因此為了在RAKE解調器54內正確進行路徑合并，必須臨時調整已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的路徑延遲，直到路徑選擇單元給出最新確定的正確的路徑延遲。
雖然本發(fā)明結合具體實施例進行說明，但熟悉該技術的人員可以認識到本發(fā)明并不局限于在這里說明和例示的這些具體實施例。本發(fā)明也可以用這里所示和說明之外的各種不同形式、實施方案和修改方案，以及許多改型、變型和等效方案來實現(xiàn)。因此，雖然本發(fā)明用它的優(yōu)選實施例進行說明，但可以理解這個說明只是說明性的和示范性的，只是為了提供本發(fā)明的一個完整和詳盡的說明。所以，本發(fā)明僅由所附權利要求書給出的本發(fā)明的精神和專利保護范圍限定。
權利要求
1．一種用于無線電接收機的方法，所述方法包括下列步驟估計一個對于含有多個各有相應路徑延遲的路徑的接收信號的信道脈沖響應；計算所估計的信道脈沖響應(CIR)的延遲；確定所述CIR延遲與一個所要求的延遲位置之間的誤差；以及進行減小所述誤差的調整。
2．在權利要求1中所述的方法，其中有一個CIR搜索窗限定了一個含有接收信號的多個路徑的延遲層面分布，所要求的延遲位置相應于CIR搜索窗的中心，而所述CIR延遲相應于CIR的平均延遲。
3．在權利要求2中提出的方法，所述方法還包括下列步驟根據(jù)所估計的信道脈沖響應從多個路徑中選出一些最佳路徑；對每個所選路徑根據(jù)它的相應延遲進行解調；以及將這些經(jīng)解調的路徑加以合并，產(chǎn)生一個解調的接收信號。
4．在權利要求2中提出的方法，所述計算步驟還包括對與所選路徑相應的路徑延遲和功率進行處理，按照下式下式確定所述平均延遲mean_delay 其中N為所選路徑數(shù)，τk’∈(0,1,…,Nwindow-1)為路徑延遲，而Pk為相應路徑功率。
5．在權利要求1中提出的方法，所述方法還包括下列步驟對所述誤差進行處理。
6．在權利要求5中提出的方法，其中所述處理步驟是利用一個線性低通濾波器執(zhí)行的。
7．在權利要求5中提出的方法，其中所述處理步驟是利用一個非線性濾波過程執(zhí)行的。
8．在權利要求7中提出的方法，其中所述非線性濾波過程包括按照下式根據(jù)所計算的平均延遲計算延遲離散度delay_spreaddelay_spread=Σk=1N(τk′-mean_delay)2·PkΣk=1NPk]]>其中N為所選路徑數(shù)，τk’∈(0,1,…,Nwindow-1)為路徑延遲，而Pk為相應路徑功率；確定相繼的延遲離散度之差；如果所述差小于或等于一個門限，將調整信號設置為所述誤差信號；以及如果所述差大于這個門限，將調整信號設置為零。
9．在權利要求8中提出的方法，所述方法在當前延遲離散度為零而所述差小于或等于所述門限時還包括下列步驟在一個第一條件下將調整信號設置為調整幅度極限，其符號取決于所述誤差的極性；以及在一個第二條件下將調整信號設置為所述誤差信號。
10．在權利要求8中提出的方法，所述方法還包括下列步驟對調整信號進行積分；以及施加經(jīng)積分的調整信號，改變所述搜索窗的位置。
11．在權利要求10中提出的方法，所述方法還包括下列步驟在所述積分步驟前對調整信號進行低通濾波。
12．在權利要求8中提出的方法，所述方法還包括下列步驟利用調整信號調整對于所選路徑的延遲。
13．一種用于從多個扇區(qū)接收含有多個各有相應路徑延遲的路徑的信號的無線電接收機的方法，所述方法包括下列步驟對于每個扇區(qū)，利用一個信道估計器估計一個對于接收信號的信道脈沖響應(CIR)；為每個信道估計器規(guī)定一個關聯(lián)的搜索窗，每個搜索窗限定一個含有接收信號的多個路徑的延遲層面分布；從這些延遲層面分布的多個路徑中選出一些最佳路徑；根據(jù)這些所選路徑計算一個延遲；確定所計算的延遲與一個所要求的延遲之間的誤差；以及進行減小所述誤差的調整。
14．在權利要求13中提出的方法，其中所要求的延遲位置相應于搜索窗的中心，而所計算的延遲相應于所選路徑的平均延遲。
15．在權利要求13中提出的方法，其中所述與延遲層面分布關聯(lián)的各個搜索窗都有相同的長度，而且是同步的，其中所述進行調整的5步驟還包括下列步驟產(chǎn)生一個調整信號，用來調整搜索窗位置，減小所述誤差。
16．在權利要求13中提出的方法，所述方法還包括下列步驟對每個所選路徑利用它的相應延遲進行解調；以及將這些經(jīng)解調的路徑加以合并，產(chǎn)生一個解調的接收信號。
17．在權利要求14中提出的方法，所述計算步驟還包括對與每個延遲層面分布的路徑相應的路徑延遲和功率進行處理，按照下式確定所述延遲層面分布的平均延遲mean_delay 其中N為所選路徑數(shù)，τk’∈(0,1,…,Nwindow-1)為路徑延遲，而Pk為相應路徑功率；
18．在權利要求13中提出的方法，所述方法還包括下列步驟對所述誤差進行處理。
19．在權利要求18中提出的方法，其中所述處理步驟是利用一個線性低通濾波器執(zhí)行的。
20．在權利要求18中提出的方法，其中所述處理步驟是利用一個非線性濾波過程執(zhí)行的。
21．在權利要求20中提出的方法，其中所述非線性濾波過程包括按照下式根據(jù)所計算的平均延遲計算延遲離散度delay_spreaddelay_spread=Σk=1N(τk′-mean_delay)2·PkΣk=1NPk]]>其中N為所選路徑數(shù)，τk’∈(0,1,…,Nwindow-1)為路徑延遲，而Pk為相應路徑功率；確定相繼的延遲離散度之差；如果所述差小于或等于一個門限，將調整信號設置為所述誤差信號；以及如果所述差大于這個門限，將調整信號設置為零。
22．在權利要求21中提出的方法，所述方法在當前延遲離散度為零而所述差小于或等于所述門限時還包括下列步驟在一個第一條件下將調整信號設置為調整幅度極限，其符號取決于所述誤差的極性；以及在一個第二條件下將調整信號設置為所述誤差信號。
23．在權利要求21中提出的方法，所述方法還包括下列步驟對調整信號進行積分；以及施加經(jīng)積分的調整信號，改變所述搜索窗的位置。
24．在權利要求23中提出的方法，所述方法還包括下列步驟在所述積分步驟前對調整信號進行低通濾波。
25．在權利要求21中提出的方法，所述方法還包括下列步驟利用調整信號調整對于所選路徑的延遲。
26．一種用于接收具有多個路徑的信號的無線電接收機的搜索窗跟蹤單元，所述搜索窗跟蹤單元包括一個接收與一些所選的接收信號的路徑關聯(lián)的延遲和幅度值、確定一個與所選路徑相應的信道脈沖響應(CIR)的位置的處理器；一個確定CIR位置與一個用來對信道脈沖響應定位的搜索窗的位置之間的誤差的誤差檢測器；以及一個進行減小所述誤差的調整的控制器。
27．遵從權利要求26的搜索窗跟蹤單元，其中所述控制器調整所述搜索窗的位置。
28．遵從權利要求22的搜索窗跟蹤單元，其中所述控制器是一個線性低通濾波器。
29．遵從權利要求22的搜索窗跟蹤單元，其中所述處理器確定信道脈沖響應的平均位置、搜索窗的中心位置和所述平均位置與所述中心位置之差。
30．遵從權利要求29的搜索窗跟蹤單元，其中所述處理器還利用平均延遲確定CIR延遲離散度，而所述控制器利用所述CIR延遲離散度產(chǎn)生一個減小所述誤差的調整信號。
31．遵從權利要求30的搜索窗跟蹤單元，其中所述控制器為每次迭代根據(jù)平均延遲計算一個CIR延遲離散度，確定相繼的延遲離散度之差，以及如果所述差小于或等于一個門限就將調整信號設置為誤差信號而如果所述差大于這個門限就將調整信號設置為零。
32．遵從權利要求31的搜索窗跟蹤單元，所述搜索窗跟蹤單元還包括一個對調整信號進行積分的積分器，而其中所述經(jīng)積分的調整信號用來改變所述搜索窗的位置。
33．遵從權利要求32的搜索窗跟蹤單元，所述搜索窗跟蹤單元還包括一個對積分前的調整信號進行濾波的低通濾波器。
34．一種無線電基站，所述無線電基站包括多個扇區(qū)，每個扇區(qū)都有一個或多個接收來自一個移動臺的含有多個各具有相應延遲的路徑的信號的天線；一個多路徑搜索處理器，它包括每個扇區(qū)一個的信道估計器，每個信道估計器估計一個對接收信號的信道脈沖響應(CIR)和產(chǎn)生一個在一個CIR搜索窗內的延遲層面分布，以及一個根據(jù)每個信道估計器產(chǎn)生的延遲層面分布選擇路徑、產(chǎn)生每個所選路徑的延遲和幅度的路徑選擇器；一個維護每個信道估計器的CIR的中心與信道估計器的相應搜索窗的中心對準的窗跟蹤單元；以及一個對這些所選路徑進行解調、將經(jīng)解調的路徑合并成一個合并的接收信號的解調器。
35．在權利要求34中提出的無線電基站，其中所述窗跟蹤單元調整所述搜索窗，維護對準，而且按照對所述搜索窗的調整修改所選路徑的延遲。
36．在權利要求34中提出的無線電基站，其中每個扇區(qū)包括兩個分集天線，而所述基站還包括一個選擇其中一個分集天線的扇區(qū)選擇器。
37．在權利要求34中提出的無線電基站，其中每個搜索窗由N個與一定采樣間隔數(shù)相應的延遲間隔限定。
38．在權利要求37中提出的無線電基站，其中所述窗跟蹤單元根據(jù)所選路徑計算平均延遲，確定平均延遲與N/2個延遲間隔之間的誤差，以及調整每個搜索窗的位置，以便減小所述誤差。
39．在權利要求38中提出的無線電基站，其中所述窗跟蹤單元產(chǎn)生一個用來使每個搜索窗移位的調整信號，以減小所述誤差。
40．在權利要求39中提出的無線電基站，其中所述窗跟蹤單元包括一個控制器，用來為每次迭代根據(jù)平均延遲計算一個延遲離散度，確定相繼的延遲離散度之差，以及如果所述差小于或等于一個門限就將調整信號設置為所述誤差信號而如果所述差大于這個門限就將調整信號設置為零。
41．在權利要求40中提出的無線電基站，其中所述窗跟蹤單元包括一個對調整信號進行積分的積分器，而其中所述經(jīng)積分的調整信號用來改變所述搜索窗的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于CDMA無線電接收機的多路徑搜索處理器的搜索窗延遲跟蹤過程。對一個含有多個各有相應路徑延遲的路徑的接收信號估計出信道脈沖響應。搜索窗限定了含有接收信號的多個路徑的延遲層面分布。對于所估計的信道脈沖響應(CIR)計算出一個平均延遲,確定平均CIR延遲與一個與CIR搜索窗的中心相應的所要求的延遲位置之間的誤差。所進行的調整減小了這個誤差,使得搜索窗的中心與平均CIR延遲對準。誤差可以用線性(在一個實施例中)或者非線性(在另一個實施例中)方式處理,以充分減小誤差和減小噪聲的影響。非線性濾波過程包括對于窗延遲跟蹤過程的與每個新的輸入相應的每個處理循環(huán)根據(jù)平均CIR延遲計算出一個延遲離散度。確定出相繼的延遲離散度之差。如果這個差小于或等于一個門限,就將調整信號設置為等于誤差信號。或者,如果所述差大于這個門限,就將調整信號設置為零。因此,如果在這次迭代中延遲離散度明顯不同于在上次迭代中的延遲離散度,就認為這次迭代中所計算出的新的誤差樣點是不可靠的,從而不進行調整。
文檔編號H04B7/02GK1308790SQ9980819
公開日2001年8月15日 申請日期1999年4月29日 優(yōu)先權日1998年5月1日
發(fā)明者B·波波維奇, G·弗蘭克, M·舒爾埃斯特, G·克蘭格 申請人:艾利森電話股份有限公司