直接擴頻/碼分多址綜合擴頻相干接收裝置的製作方法

2023-09-10 21:26:00

專利名稱：直接擴頻/碼分多址綜合擴頻相干接收裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於CDMA蜂窩通信系統領域。
移動通信以其特有的靈活、便捷的優點滿足了現代社會人們對通信技術的要求，成為80年代中期以來發展最為迅速的通信方式。在移動通信的多種體制中，CDMA蜂窩通信技術以其頻率規劃簡單、系統容量大、抗多徑能力強、通信質量好、電磁幹擾小等特點顯示出巨大的發展潛力。由美國Qualcomm公司最先提出、目前在世界範圍內得到較快發展的IS-95 CDMA蜂窩通信系統即採用該技術。第三代數字蜂窩移動通信系統的幾種主要候選方案均建立在CDMA技術基礎上。
移動通信系統中存在著多徑衰落現象，會造成嚴重的多徑幹擾。在採用了擴展頻譜技術的CDMA蜂窩移動通信系統中，通過接收帶有確知信息的導頻(Pilot)信號，可以對多徑信號的幅度和相位信息進行估計，從而使得多徑分集和相干接收成為可能。針對多徑衰落信號進行分集處理的相干擴頻接收機稱為RAKE相干接收機，它可對多個攜有相同信息且衰落特性相互獨立的單徑信號進行相位校正並進行最大比合併處理，從而達到克服多徑衰落，提高接收信號與幹擾比之目的。
為了實現RAKE接收功能，必須實現本地擴頻序列(PN碼)與接收信號的同步，這種同步分別由捕獲和跟蹤兩個步驟完成。其中捕獲步驟完成PN碼的初始同步(粗同步)，由搜索和確認兩個階段完成；而跟蹤步驟完成PN碼的精細同步。兩個步驟相互結合，為RAKE接收機提供所需的PN碼。
CDMA蜂窩移動通信擴頻接收機還必須具備對來自多個基站的發送信號進行分集合併接收的能力，從而實現越區軟切換，並改善接收機在小區交界處的接收性能。
由於成本的限制，CDMA接收機在開機或失鎖狀態常常存在較大的本振頻率偏移，因而必須引入自動頻率校正(AFC)功能，以使得RAKE接收機在較大的本振頻率偏移狀況下正常工作。
本發明的目的是針對移動通信環境下多徑信號的不確定性，引入了「能量窗重心」設計方法，對多徑能量窗進行並行處理，綜合考慮同步跟蹤、RAKE分集相干合併、AFC及多小區搜索與合併接收、越區軟切換，從而使得CDMA擴頻接收機性能得到改善，同時減少所需的硬體資源。
本發明由以下技術方案實現本發明擴頻綜合相干接收裝置以時分復用的相關器組及由此得到的相干信道估計器組為核心，集PN初始同步與跟蹤、RAKE分集相干合併、AFC及多小區搜索與合併接收、越區軟切換為一體，並引入了「基於滑動能量窗的部分並行捕獲方法」和「基於能量窗重心的跟蹤環」等設計方法，對多徑能量窗進行並行處理，而非Qualcomm公司相應專利中對單徑進行分別處理，從而具有較強的克服多徑衰落能力，能保證RAKE接收的最佳性能，並在較大程度上簡化了RAKE接收機的硬體結構。
以下詳細說明本發明的原理CDMA擴頻相干接收機算法主要由信道參數估計、最大比合併以及與此相關的初始PN捕獲、跟蹤、自動頻率校正、越區搜索、切換與宏分集等部分組成，分別簡述如下。1、信道參數估計CDMA系統中的導頻(Pilot)信道用於傳送事先確知的導頻序列，可用於系統定時和載波的提取、信道估計、越區切換等。若系統同時發射若干個信道的信號，則等效基帶接收信號可表示為 其中，si(t)表示下行信道所發送的第i個碼分信道的等效基帶信號，i=0的分項對應於Pilot信道；z(t)是零均值的複數白色高斯噪聲；cn為信道第n徑的衰落因子。信道參數估計的目的在於根據接收信號r(t)和確知的導頻序列s0(t)估計出信道衰落因子cn。
假設移動信道為頻率選擇性慢衰落信道模型，則可認為在一個信道估計區間內cn近似為常數。由此可得出cn的估計值如下 式中Na、Nc和Nz分別是擴頻碼的相關特性不夠理想造成的多徑幹擾、多址幹擾以及白噪聲通過相關器後產生的輸出；Tc為一個碼片的時間寬度，NTc為信道估計的積分區間；Ec是導頻信道在一個碼片之內的發送能量。2、最大比合併在得到了各徑的信道參數估計值之後即可對承載數據傳輸的其它碼道進行相干解調，為此只需將其它碼道各徑分別進行解擴，並利用公式2得到的信道估計參數 對各徑解擴結果進行幅度加權和相位校正，使之能夠同相合成。該過程稱作為最大比合併，具體可由以下公式描述 式中 為第i數據承載碼道所傳輸的數據；Ts為該數據的持續間隔； 為 的共軛運算。實際應用中，並不是RAKE接收機所能分辨的每一徑上均有有效信號分量，需要對 進行門限判決，並只需對高於門限的多徑分量進行合併。3、本地導頻信號的恢復在上述的信道估計運算中，需要確知所發送的導頻信號s0(t)，為此需要根據接收信號r(t)在本地恢復出所需的導頻信號s0(t)。恢復導頻信號的過程包括捕獲和跟蹤兩個步驟，分別完成導頻信號的粗同步(初始同步)和細同步。導頻信號的捕獲也稱為PN碼捕獲，導頻信號的跟蹤也稱為PN碼跟蹤。在本發明中，導頻信號的捕獲採用基於最大能量窗的CDMA蜂窩系統初始同步方法。導頻信號的跟蹤採取基於多徑信道能量窗重心跟蹤環路的導頻信道跟蹤方法。
基於最大能量窗的CDMA蜂窩系統初始同步方法的基本原理為在CDMA接收機的初始同步階段，由於無法確知接收信號的相位信息，常需要在分數間隔上對多徑衰落信道進行估計，且需要採用不同相位的本地導頻序列(PN碼)進行試探，這時公式2可演變為c-n,m(k)=1NEc0NTcr(t-nTc-mTc/M)s0*(t-kTc/M)dt,m=0,1,M-1]]>[公式4]式中Tc/M為分數採樣間隔，k為某一可能的本地導頻PN序列相位參數。
公式1中信道衰落因子cn的有效分布範圍定義為多徑信號能量分布窗口(簡稱為多徑能量窗)，該窗口的大小由多徑信道的時延擴展範圍確定。為方便以下的討論，設cn的有效分布範圍為n∈[-L1,L2]。在城市、鄉村和山區多徑衰落環境下，該窗口的大小分別約為3μS、6μS和15μS。窗口的大小與蜂窩通信系統所處的環境有關，而與所使用的頻段無關。為使擴頻接收機能夠適用於各種環境，多徑能量窗口的大小應按最大可能值選取，通常不大於30μS，則L=L2-L1+1的取值應不大於30μS/Tc。
在多徑能量窗口內，並不是所有的信號到達徑均是有效的。為此應設定合適的門限，對窗口內每一徑信號的能量(也即cn的強度)進行判決。若大於門限，則為有效到達信號徑；否則則為純幹擾徑(IOP)。為避免性能惡化，所有的純幹擾徑均不應參加運算。判決門限的選取應略大於導頻信號(PN碼)部分互相關(PartialCorrelation)值的旁瓣值。
為了提供足夠的捕獲精度，接收機使用過採樣技術對接收信號進行取樣，其採樣速率為PN碼碼片速率的M倍。設需要同步的導頻PN碼長度為P，則本發明所給出的PN碼捕獲方法需要從M×P個可能的PN碼相位中，選擇一個相位，使得多徑能量窗口中所包含的多徑能量最大化。
根據上述多徑能量窗的概念，定義本地導頻PN碼相位為k時的多徑能量窗如下 則基於多徑能量窗的捕獲方法可以描述為，從所有可能的本地導頻PN碼相位k值中，選擇一個k值使得下式取最大值 另一方面由公式4可得知，公式5所示的多徑能量窗計算存在以下滑動窗遞推關係 由此可在較大程度上簡化初始同步所需的計算。
相鄰小區搜索方法與上述PN碼初始同步方法相類似，不同之處在於公式中所採用的PN碼應為某一鄰近小區的導頻信號序列，所需要進行搜索的區間也應為由基站事先指定的區間，而非PN碼所有可能的相位。
基於多徑信道能量窗重心跟蹤環路的導頻信道跟蹤方法的基本原理為若用k表示第k次信道估計結果，則相應的多徑能量窗的重心由cg(k)=cgw(k)/cgs(k)給出，其中cgw(k)和cgs(k)的計算方法如下 式中，n對應於多徑信道衰落因子 在多徑能量窗口內所在的位置。注意公式8中每一參加運算的 應為大於指定門限的有效到達信號徑。
設計多徑能量窗重心PN碼跟蹤環路的基本思路是，設定多徑能量窗重心的目標位置為cgtaget，通過觀察實際測量所得到的多徑能量窗重心值cg(k)與cgtarget的差別，調節接收機本地PN碼的相位，使得兩者的差別儘可能小。為方便計算，設cgtarget取值為零，則本地PN碼的相位調整可簡單地通過判斷cgw(k)的極性而得到，而無需計算cgs(k)和cg(k)。
為避免多徑衰落信號的隨機變化及信道估計誤差所帶來的誤調整，應對公式8所得到的重心估計值進行平滑濾波。設平滑濾波後的重心估計值為 ，則PN相位調節方法可概括為若 ，則使本地PN碼的相位超前δ；若 ，則使本地PN碼的相位遲後δ；[公式9]若 ，則使本地PN碼的相位保持不變。
本地PN碼相位調整部分主要完成公式9所示的運算。採用對本地PN碼發生時鐘進行微調的方法，實現所需的本地PN碼相位調整。圖2示出了這種方法的實現框圖。圖中本地PN碼時鐘的發生是通過對一高倍(M倍)外部時鐘的分頻計數來完成的，而碼片時鐘的微調又是通過可變模計數器來完成的。若 取值為正，則計數器的模值取為M-1；若 取值為負，則計數器的模值取為M+1；其它情況下計數器的模值取為M。通過這種方法，可實現公式9所示的PN碼相位調整，其微調的相位差為δ=Tc/M。通常M的數值可取為16或32，以保證足夠精細的調整精度。4、自動頻率校正(AFC)實際應用中，由於受體積和成本等方面的限制，移動終端的初始頻率穩定度約限制在1ppm，所帶來的基站和移動終端之間的頻率差約為數百赫茲至數千赫茲。為此必須在移動終端中引入頻率自動校正(AFC)功能，以降低上述頻率差所帶來的系統性能下降。考慮收發兩端頻率差的影響，公式1所示的等效基帶模型可描述為 式中Δωc為收發兩端的頻率差。公式2所示的信道估計可相應地修正為c-n=1NEc0NTcr(t-nTc)s0*(t)dt=cn{ejcNTc/2sin(cNTc/2)cNTc/2}+Na+Nc+Nz]]> 上式中假定ΔωcNTc/2＜＜1。利用 在接連兩個區間t∈
和t∈[(N+1)Tc,(2N+1)Tc]的估計值，並假定cn在接連兩個區間內近似保持不變，可以得到Δωc的估計值，並利用該估計值調整移動終端的本振源，則可實現所需的AFC功能。5、越區軟切換與宏分集越區軟切換與宏分集是CDMA蜂窩通信系統一項必不可少的重要功能。在移動終端進入兩個或多個相鄰小區的邊界區域時，需要對相鄰的基站信號強度進行搜索，當某個相鄰基站的強度大於指定值時，移動終端進入宏分集狀態，對兩個或多個基站同時進行通信，並對來自兩個或多個基站發送的相同數據信息進行合併，以提高移動終端在位於小區邊界時的性能。
上述越區軟切換時所需的對相鄰基站信號強度的搜索，可通過對相鄰基站所發送的導頻信道強度進行估計而完成。這只需要把公式2中的導頻信號換成相鄰基站的導頻信號，並在一定的多徑分布區間內進行信道估計而進行。當估計得到的導頻信號大於指定的強度時，移動終端需通知目前正在進行通信的基站，並準備進入宏分集狀態。
當移動終端進入上述宏分集狀態時，需要對來自多個基站的信號進行接收並進行合併。這只需要把公式3中的擴頻信號(序列)替換成相鄰基站所發送的擴頻信號，對處於宏分集狀態的兩個或多個基站的數據同時進行接收，然後在時間上對齊後進行二次合併即可。
本發明有益效果本發明針對衰落環境下多徑信號的隨機變化特性，提出了基於能量窗的初始同步方法，以及基於能量窗重心的PN碼跟蹤方法，無需對每一延遲路徑單獨進行處理，從而增加了整個擴頻接收機在多徑衰落環境下的穩健性。本發明還把擴頻接收機所需進行的運算歸結為公式2(或公式5)和公式3，並在此基礎上提出了擴頻接收機的一種綜合設計方法，在較大程度上節省了所需的硬體資源。


圖1．擴頻接收機總體構成示意圖。
圖2．本地PN碼相位調整實現框圖。
由上述可知，CDMA擴頻接收機的各個組成部分均以公式3和公式11(或公式2)為基礎，經過一定處理後可實現導頻信道的初始同步、跟蹤以及信道估計、多徑最大比合併、AFC、越區搜索、切換及宏分集等。依此為出發點，本發明給出了一種CDMA擴頻接收機的綜合實現結構。
現結合附圖1說明作為本發明實施例的發明結構該結構設計共由狀態控制單元(FSM_CONTROL)、定時發生單元(SYS_CLK)、數據延遲線單元(DELAY_LINE)、相關器組(CORRELATOR_BANK)、相關後數據處理單元(POST_CORR)、RAKE合併單元(RAKE_COMB)、二次合併單元(POST_COMB)、PN碼發生及滑動單元(PN_GROUP)、WALSH函數發生單元(WALSH_GEN)、AFC環路計算單元(AFC_LOOP)和PN碼跟蹤單元等11個部分組成，各部分的功能簡述如下1)狀態控制單元FSM_CONTROL該單元主要由CPU接口、接收機狀態轉移控制(TOP_FSM)、單元狀態控制信號發生(DOWN_FSM)等三個基本模塊組成，完成與基帶控制CPU的信息交互，接收來自CPU的控制信息、產生各模塊狀態轉移所需的控制信息，對各模塊的狀態執行情況進行記錄，並上報CPU等功能。CPU接口模塊設內置RAM一塊，其存儲空間大小視具體應用而定，典型情況為64×8bits。CPU通過中斷輪尋方式對該RAM進行讀寫操作，實現與接收機狀態轉移控制模塊的信息交互。TOP_FSM以中斷信號(26.67ms、20ms或10ms，視具體應用或接收機狀態而定)為周期從該RAM掃描並接收來自CPU的控制信息(如捕獲狀態、搜索狀態、各種碼道接收狀態)及工作狀態配置所需的系統參數(如碼道號、擴頻速率、搜索區間、幀偏移等)，決定下一個工作狀態，並指示DOWN_FSM產生其它單元所需的控制信號。狀態轉移完成的指示信息通過TOP_FSM反送至RAM單元內，以便CPU能夠獲取相應的反饋信息。2)定時發生單元SYS_CLK定時發生單元主要接受外部時鐘(通常為擴頻序列碼片速率的16倍或32倍)，通過分頻與計數，完成系統所需的CPU中斷信號、定時時鐘及時序，並結合跟蹤單元及狀態控制單元進行定時調整。由於最多需支持N個基站的宏分集，因此需產生N套分別依賴於各個基站接收鏈路的定時信號，並配合各個基站信道估計及跟蹤部分的結果對各個鏈路分別進行定時跟蹤。在宏分集過程中，還需統計各個接收鏈路的相對時延變化，並通知CPU，由CPU控制二次合併單元，把各個鏈路的時延對齊後，實現宏分集功能。3)數據延遲線單元DELAY_LINE數據延遲線由四組存儲空間為18×6比特的RAM或D觸發器組成，完成輸入數據四倍採樣及72個1/4碼片間隔的延遲抽頭輸出，其結果通過時分復用的方式送往相關器組單元。4)相關器組CORRELATOR_BANK相關器組由四組相關器組成，每組相關器通過時分復用1個複數相關器(以32倍碼片速率進行復用)完成31次有效相關積分，從而形成總數為31×4的等效相關器。每個等效相關器以碼片間隔完成公式3及公式5(或公式2)所示的計算，每組相關器按照時分復用的順序分別編號為0至30號，其中每組中的0至17號相關器(四組共4×18個等效相關器)用於多徑信道並行估計，並由後續的POST_CORR單元完成捕獲、越區搜索、有效徑的選取等；每組中的18至30號相關器分別用於不同基站的有效徑的信道估計和數據承載碼道的數據解擴，共可支持多達3個基站的宏分集。
上述相關器組的配置可根據不同的具體應用進行配置，能夠方便地支持不同的體制標準。5)相關後數據處理單元POST_CORR本單元接收來自CORRELATOR_BANK的相關器輸出，並根據FSM_CONTROL單元的控制信號，完成對相關器輸出結果的數據處理，主要完成基於能量窗的初始捕獲、越區搜索、有效多徑選擇等。並將處理結果送往PN碼跟蹤單元、AFC環路單元和狀態控制單元。6)RAKE合併單元RAKE_COMB接收來自POST_CORR單元的信道估計和解相關數據流，並根據FSM_CONTROL單元的控制信號完成對有效多徑的合併功能(公式3)，其結果輸送至二次合併單元。7)二次合併單元POST_COMB接收來自RAKE_COM單元的多徑合併結果，並根據FSM_CONTROL單元的控制信號決定是否需要進行多個基站的宏分集功能。若需要進行宏分集，則需按照CPU提供的各個基站的路徑時延差進行延遲，使之相互在時間上對齊，最終完成多個基站的宏分集功能。8)PN碼發生及滑動控制單元PN_GROUP提供系統所需的五路PN碼，其中三路可用於解擴三基站數據，一路用于越區搜索，一路可用於發射機。其中越區搜索用的PN碼定時依賴於主接收鏈路。PN碼滑動過程中的瞬態過程被屏蔽，以避免接收機的解調結果發生混亂。用於發射機的PN碼，其定時依賴於開機捕獲到的基站定時。當任何一個接收鏈路釋放時，該鏈路PN碼應與主接收鏈路PN碼同步。以保持PN碼間相對參考位置處於確知狀態。9)Walsh函數發生單元WALSH_GEN接受FSM_CONTROL及SYS_CLK的控制，產生三路依賴於各接收鏈路的Walsh序列。10)AFC環路計算單元AFC_LOOP根據POST_CORR單元提供的導頻信道有效多徑信息，進行頻率誤差估計及環路濾波計算，其結果送往可控的頻率基準單元。11)PN碼跟蹤單元CG_LOOP TRACKING接收來自POST_CORR單元提供的導頻信道有效多徑的信道估計，進行能量窗重心計算及環路濾波計算，通過公式9得到可變模計數器的模值。送往定時發生單元SYS_CLK對本地PN碼發生時鐘進行微調，從而完成本地PN碼相位調整。
以下進一步描述使用本發明實現CDMA蜂窩系統擴頻接收機幾個主要功能的基本操作方法。1)初始捕獲功能由控制CPU向FSM_CONTROL模塊寫入初始捕獲狀態控制字，該控制字包括初始捕獲控制命令、搜索的區間長度及滑動相關使用的PN碼編號、每次積分周期長度等信息。當下幀起始位置到來時，TOP_FSM模塊從接口RAM接收該初始捕獲信息，進行捕獲初始化，並通知DOWN_FSM模塊產生PN碼狀態控制信號、CORRELATOR_BANK模塊的積分周期控制信號及POST_CORR模塊捕獲狀態控制字等信號。
PN_GROUP模塊接收到所使用的PN碼編號及每次滑動的碼片數等信息後，周期性地滑動PN碼，使其輸出每一積分周期跳過16個碼片，並將其輸出送到CORRELATOR_BANK模塊。
CORRELATOR_BANK模塊接受基帶輸入採樣信號及上述PN碼信號，並根據DOWN_FSM的控制信號，周期性地進行公式2或5所示的相關運算，每次積分得到64個1/4碼片間隔的多徑信道估計，其結果送到POST_CORR模塊進行後續處理。
POST_CORR接收到CORRELATOR_BANK模塊的並行積分輸出，並根據DOWN_FSM提供的控制信號，進行滑動能量窗的計算與最大值的比較。
重複上述過程，直至到達CPU所指定的搜索區間長度時，DOWN_FSM發出捕獲停止信號，POST_CORR模塊將滑動能量窗所在最大位置及能量值反送至FSM_CONTROL模塊，由CPU讀取。
CPU獲得最大能量窗位置及能量值，判斷是否大於捕獲所需的基本能量。若成立，則由CPU向FSM_CONTROL發出PN碼滑動信息，由FSM_CONTROL模塊控制相應的PN碼建立所需的初始同步PN碼(稱作為主同步碼)。否則本次捕獲宣告失敗。
初始同步完成後，CPU應立即通知FSM_CONTROL進入同步跟蹤狀態，這時CORRELATOR_BANK模塊根據所建立的主同步碼進行相關運算，其結果送到POST_CORR模塊，由其選出有效路徑，計算其重心所在位置，並根據重心的偏移產生PN微調信號。SYS_CLK模塊根據該微調信號，對碼片時鐘進行微調，以保持碼片時鐘的同步。CPU還應通知FSM_CONTROL模塊進行AFC運算，並將其結果用於調節接收機RF模塊的主參考時鐘。2)數據解擴功能當接收機需對某一碼道進行解擴時，CPU需向FSM_CONTROL模塊寫入狀態控制信息及所需的參數信息，包括碼道號(WALSH序列號)、積分長度等。FSM_CONTROL接收到CPU寫入的信息後，由TOP_FSM在中斷到來時讀入該信息，並通知DOWN_FSM產生所需的控制信號。
PN_GROUP模塊提供數據解擴所需的主同步PN碼。
WALSH_GEN模塊產生所需的WALSH序列信號。
CORRELATOR_BANK模塊接收基帶採樣信號、主同步PN碼及WALSH序列，並根據DOWN_FSM產生的積分周期控制信號，進行公式3中所示的積分運算，同時進行公式5所示的信道估計運算(每個積分間隔完成4×18個信道參數的估計)，其結果由POST_CORR取出後傳送至RAKE_COMB模塊。
POST_CORR模塊在進行數據解擴功能運算時主要完成兩方面的工作，一方面根據導頻信號的接收結果，確定有效多徑數及其位置，反送至CORRELATOR_BANK模塊，從而確定出下一積分間隔數據解擴有效多徑的位置。另一方面把有效多徑的信道參數挑選出來，送往RAKE_COMB模塊進行多徑合併。
RAKE_COMB模塊接收來自POST_CORR提供有效路徑參數估計結果及數據解擴結果，進行最大比合併，其結果通過並行接口送往信道解碼單元。3)越區搜索功能越區搜索功能的過程與初始捕獲過程基本相同，所不同的是，越區搜索功能需與其它功能(如數據解擴功能)同時進行，且搜索的區間是由CPU指定的某一局部區間。4)宏分集與軟切換功能宏分集與軟切換功能的實現過程比較複雜，共分為宏分集準備階段、宏分集實施階段和宏分集去除階段三個部分。在宏分集準備階段，需進行以下操作a)在與單基站通話過程中，移動臺按照基站的要求搜索各個基站導頻強度，當某一基站的強度超過指定門限時，向基站報告搜索結果，接到基站應答後，修改移動臺所維護的激活集ActiveSet。
b)計算各基站到達移動臺的時延，其目的是確定各基站之間的符號級時延關係，上報給CPU，並提供給POST_COMB模塊，用於對齊各基站合併的到達時延。
移動臺完成上述宏分集準備過程後，進入宏分集實施階段。移動臺在對多個基站到達信號進行合併的同時，應實時地搜索各個基站的強度及其到達移動臺時延的變化，調整各基站信號到達移動臺的符號級延遲，以保證接收機完成對多個基站信號的同步接收，並實時測量各基站的導頻信號強度。
當某一參與宏分集基站的導頻強度低於指定門限時，啟動T_Drops定時器。若定時器終止，則進入宏分集去除階段。
在宏分集去除階段，與待去除宏分集基站有關的所有定時及計數被復位，宏分集過程中被使用的PN碼定時恢復到與主接收基站相同步的狀態。該基站所使用的導頻信號也被從激活集中消除。
本發明已應用於我們自行研製的符合3GPP2 Release A標準的cdma2000蜂窩移動通信車載移動臺樣機中。該樣機中的擴頻接收部分採用Xilinx公司的一片XC4085×1a FPGA晶片加以實現，其主要參數列舉如下擴頻碼片速率1.2288MHz；I/Q採樣速率4×1.2288MHz,6比特輸入；
外部時鐘(EXT_CLK)39.3219MHz；信道估計積分周期384個碼片間隔(N=384)；初始同步時間0.75秒；AFC適應範圍正負2kHz；傳輸數據速率19.2kbps至307.2kbps。
經過實際測試，利用本發明所設計的擴頻接收機在車載移動多徑衰落環境下，較傳統方法具有較好的穩健性。
權利要求
1．直接擴頻/碼分多址綜合擴頻相干接收裝置，其特徵在於由以下幾部分組成狀態控制單元(FSM_CONTROL)、定時發生單元(SYS_CLK)、數據延遲線單元(DELAY_LINE)、相關器組(CORRELATOR_BANK)、相關後數據處理單元(POST_CORR)、RAKE合併單元(RAKE_COMB)、二次合併單元(POST_COMB)、PN碼發生及滑動單元(PN_BANK)、WALSH函數發生單元(WALSH_GEN)、AFC環路計算單元(AFC_LOOP)和PN碼跟蹤單元等11個部分。
2．如權利要求1所述的直擴/碼分多址擴頻綜合相干接收裝置，其特徵在於1)狀態控制單元(FSM_CONTROL)主要由CPU接口、接收機狀態轉移控制(TOP_FSM)、單元狀態控制信號發生(DOWN_FSM)等三個基本模塊組成，完成與基帶控制CPU的信息交互，接收來自CPU的控制信息、產生各模塊狀態轉移所需的控制信息，對各模塊的狀態執行情況進行記錄，並上報CPU。2)定時發生單元主要接受外部時鐘(通常為擴頻序列碼片速率的16倍或32倍)，通過分頻與計數，完成系統所需的CPU中斷信號、定時時鐘及時序，並結合跟蹤單元及狀態控制單元進行定時調整。3)數據延遲線由四組存儲空間為18×6比特的RAM或D觸發器組成，完成輸入數據四倍採樣及72個1/4碼片間隔的延遲抽頭輸出，其結果通過時分復用的方式送往相關器組單元。4)相關器組CORRELATOR_BANK由四組相關器組成，每組相關器通過時分復用1個複數相關器(以32倍碼片速率進行復用)完成31次有效相關積分，從而形成總數為31×4的等效相關器。5)相關後數據處理POST_CORR單元接收來自CORRELATOR_BANK的相關器輸出，並根據FSM_CONTROL單元的控制信號，完成對相關器輸出結果的數據處理，主要完成基於能量窗的初始捕獲、越區搜索、有效多徑選擇等。並將處理結果送往PN碼跟蹤單元、AFC環路單元和狀態控制單元。6)RAKE合併單元接收來自POST_CORR單元的信道估計和解相關數據流，並根據FSM_CONTROL單元的控制信號完成對有效多徑的合併功能，其結果輸送至二次合併單元。7)二次合併單元接收來自RAKE_COM單元的多徑合併結果，並根據FSM_CONTROL單元的控制信號決定是否需要進行多個基站的宏分集功能。若需要進行宏分集，則需按照CPU提供的各個基站的路徑時延差進行延遲，使之相互在時間上對齊，最終完成多個基站的宏分集功能。8)PN碼發生及滑動單元提供系統所需的五路PN碼，其中三路可用於解擴三基站數據，一路用于越區搜索，一路可用於發射機。9)WALSH函數發生單元接受FSM_CONTROL及SYS_CLK的控制，產生三路依賴於各接收鏈路的Walsh序列。提供給相關器組單元。10)AFC環路計算單元根據POST_CORR單元提供的導頻信道有效多徑信息，進行頻率誤差估計及環路濾波計算，其結果送往可控的頻率基準單元。11)PN碼跟蹤單元接收來自POST_CORR單元提供的導頻信道有效多徑的信道估計，進行能量窗重心計算及環路濾波計算，得到可變模計數器的模值，送往定時發生單元SYS_CLK對本地PN碼發生時鐘進行微調，從而完成本地PN碼相位調整。
3．如權利要求2所述的直擴/碼分多址擴頻綜合相干接收裝置，其特徵在於該裝置以時分復用的相關器組及由此得到的相干信道估計器組為核心，集PN初始同步與跟蹤、RAKE分集相干合併、AFC及多小區搜索與合併接收、越區軟切換為一體，
4．如權利要求2所述的直擴/碼分多址擴頻綜合相干接收裝置，其特徵在於引入了「基於最大能量窗的CDMA蜂窩系統初始同步方法」和「基於多徑信道能量窗重心跟蹤環路的導頻信道跟蹤方法」等設計方法，對多徑能量窗進行並行處理，從而具有較強的克服多徑衰落能力，能保證RAKE接收的最佳性能，並在較大程度上簡化了RAKE接收機的硬體結構。
5．如權利要求2所述的直擴/碼分多址擴頻綜合相干接收裝置，其特徵在於宏分集與軟切換功能的實現過程比較複雜，共分為宏分集準備階段、宏分集實施階段和宏分集去除階段三個部分。
全文摘要
本發明擴頻綜合相干接收裝置以時分復用的相關器組及由此得到的相干信道估計器組為核心,集PN初始同步與跟蹤、RAKE分集相干合併、AFC及多小區搜索與合併接收、越區軟切換為一體,並引入了「基於滑動能量窗的部分並行捕獲方法」和「基於能量窗重心的跟蹤環,」等設計方法,對多徑能量窗進行並行處理,而非Qualcomm公司相應專利中對單徑進行分別處理,從而具有較強的克服多徑衰落能力,能保證RAKE接收的最佳性能,並在較大程度上簡化了RAKE接收機的硬體結構。
文檔編號H04B1/707GK1318920SQ0012822
公開日2001年10月24日 申請日期2000年12月18日 優先權日2000年12月18日
發明者蔣良成, 尤肖虎, 王俊超, 郭經紅, 程時昕 申請人:信息產業部電信傳輸研究所, 東南大學