基於數字匹配濾波器的多徑搜索與信道估計方法
2023-10-06 01:33:49 2
專利名稱：基於數字匹配濾波器的多徑搜索與信道估計方法
技術領域：
本發明屬於直接序列擴展頻譜(DS/SS)通信領域，包括碼分多址(CDMA)通信以及採用直接序列擴頻技術的蜂窩移動通信和無線接入。
本發明涉及基於數字匹配濾波器的捕獲、徑搜索、信道估計與相干碼片跟蹤實現方式，是一種嶄新的CDMA通信系統接收機實現方案，採用本發明可降低接收機的複雜程度，並提高接收機的性能。
本發明有益效果利用本發明可以在較低實現複雜度的情況下靈活地實現高性能的擴頻碼捕獲、多經搜索、信道估計及碼片跟蹤。
初始捕獲是完成擴頻信號接收的第一步，擴頻接收機通過初始捕獲來獲得擴頻碼的粗同步。基於數字匹配濾波器的初始捕獲是一種經典的捕獲方法，通常可通過非相干檢測器作一次或多次判決來完成。具體的捕獲電路和搜索策略可以根據捕獲的性能要求和輸入信號的質量來靈活考慮。具體來講，捕獲可分為限時和不限時兩種，其性能指標具體體現在平均捕獲時間、捕獲時間方差、捕獲概率以及限時捕獲概率等幾個參數上，具體捕獲電路應能滿足這些指標的性能要求。基於數字匹配濾波捕獲的特點是能實現快速捕獲，因為數字匹配濾波能連續提供擴頻碼各個相位的相關值。另外，基於數字匹配濾波器的捕獲可以通過對匹配濾波器輸出相關值作相干或非相干累加來提高捕獲電路的檢測性能。值得注意的是，本發明的特點不在於此，初始捕獲只是該發明實現的功能之一，基於匹配濾波器的捕獲、徑搜索、碼片跟蹤以及信道估計是一個相互制約、緊密聯繫的整體。
初始捕獲完成後進入跟蹤狀態，同時可啟動徑搜索和信道估計電路。跟蹤電路用延遲鎖相環(DLL)實現。通常延遲鎖相環用遲/早兩個相關器來實現，比較遲/早兩個相關器輸出的相關值得到鑑相誤差，鑑相誤差經鎖相環路濾波後去控制ADC採樣時鐘相位或調整本地擴頻碼相位來實現擴頻碼的細跟蹤。
圖2所示為基於匹配濾波器的碼片跟蹤和信道估計實現電路。本發明採用調整採樣ADC時鐘的方式實現擴頻碼的精確跟蹤。如附圖2所示，基於匹配濾波器的DLL的鑑相誤差直接從匹配濾波器輸出的相關值中提取，不需另作遲/早相關器。附圖中D表示延時器，2D為遲/早相關值之間的時延差，時延大小可以根據輸入相關值速率和鑑相的要求來決定。鑑相誤差提取具體採用相干或非相干可以靈活決定，若採用相干誤差提取，則可直接利用信道估計結果來實現。鑑相誤差的相關長度可通過調整對相關值的累加次數來靈活改變，DLL調整時鐘的頻率也可以靈活調整。另外，由於無線環境和碼速率的不同，接收信號有單徑和多徑之分，對單徑信號的接收，DLL誤差提取不須考慮多徑的影響。多徑信號下DLL的實現方式可以靈活決定。由於該結構中只有一個ADC採樣，即DLL調整的時鐘只有一個，因此多徑環境下鑑相誤差提取採用多徑分集合併的形式，合成一個誤差信號經環路濾波後調整ADC時鐘。鑑相誤差的分集可採用選擇式分集，也可採用等增益合併或最大比合併的分集方式，具體採用哪種方式可以根據需求靈活選則。DLL調整ADC採樣的本地時鐘，結果使本地時鐘與發射信號時鐘達到頻率鎖定，同時微調碼片定時，實現擴頻碼的精確跟蹤。值得注意的是，DLL調整時鐘的精度可以靈活調節，ADC採樣時鐘可以是DLL所調整後直接產生的時鐘，也可以是它分頻後產生的低速率時鐘，且都不會影響DLL的跟蹤精度。
DLL的性能和跟蹤精度會影響徑搜索和信道估計的性能，而徑搜索和信道估計的性能同時又反過來影響DLL跟蹤的性能與精度。具體的說，DLL的性能取決於某種信號環境下採用的實現方式(如前所述)，DLL跟蹤精度高、性能好，徑搜索的檢測概率就會高，虛警概率就會減小，同時信道估計就會更可靠。反過來，徑搜索為DLL和信道估計提供定時基準，信道估計為相干DLL提供信道響應參數，因此徑搜索和信道估計的準確程度又影響著DLL的跟蹤性能。
基於數字匹配濾波的徑搜索是在確定了信號到達的不確定性區間(由信號的無線幀定時和無線信道的時延擴展來確定的信號可能到達時刻的範圍)後，搜索該區間對應的匹配濾波輸出相關值以確定可分離路徑的到達時刻。和初始捕獲不同的是，初始捕獲是在沒有確定信號到達的不確定性區間的情況下捕獲信號的。在無線環境慢變時，如衛星信道、視距傳輸等恆參或慢變信道環境，信號到達路徑相對穩定或變化緩慢，此時跟蹤電路可以跟上信號的慢變，因此只需初始捕獲與跟蹤電路即可，徑搜索電路可以省去。在無線環境較呈現快變時，如快速移動環境下，到達接收機的路徑隨接收機位置的快速改變而出現劇烈變化(包括信號電平的衰落、舊路徑的消失以及新到達路徑的出現)，此時跟蹤電路已無法跟上路徑的這種劇烈變化，徑搜索電路實時地搜索信號到達時刻，並決定是否需要更新跟蹤解擴和信道估計的徑地址(信號到達徑的位置)，從而使接收機保持正常工作而不須在跟蹤失敗時重新啟動捕獲電路。
基於數字匹配濾波的徑搜索電路結構簡單，捕獲速度快，因為匹配濾波器能夠不停地提供信號到達不確定性區間的相關值，至於搜索的具體策略卻可以靈活決定。
信道估計指對到達信號的幅度和相位進行估計，一般是在擴頻碼的精確跟蹤以後，通過引導信號輔助完成的。引導信號可以是時分地承載在其他如數據信道上的確知信號，也可以是與其他信道並行的單獨無線信道。若是時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果來完成信道估計；若是單獨的無線信道，則該信道上對應徑地址處的匹配濾波輸出相關結果均可用來作信道估計。
圖2所示，基於數字匹配濾波器的信道估計是在完成徑搜索和進入碼片跟蹤狀態後針對每個信號到達路徑進行的，此時只需分別取出每徑對應位置(圖2中由徑地址產生的指示來表示)的相關值經平滑累加或其他算法來實現，而不須額外使用相關器，從而簡化了電路。具體算法和參數可以靈活選定，如平滑累加的次數可以根據不同的環境靈活選擇，另外還可以使用一些輔助算法如自適應算法來提高估計性能。
基於數字匹配濾波器實現的接收機結構以一種簡單的電路來綜合選擇各種算法，使各個部件的性能達到更優。
綜上所述，本發明的基本特徵是DSSS通信中的擴頻碼捕獲、多經搜索、信道估計及碼片跟蹤全部基於數字匹配濾波器實現，以較低的實現複雜性獲得較高的接收性能，其突出優勢是其靈活性、低複雜度和高性能。
本發明的保護不受
圖1實施例所描述特徵的限制，而且包括其他的變形，以及在權利要求書範圍內的變更。
權利要求
1.基於數字匹配濾波器多徑搜索與信道估計方法，其特徵在於利用數字匹配濾波器完成一個或多個擴頻碼道的數字匹配濾波，連續提供對應擴頻碼道的相關值，對要捕獲的擴頻碼道的相關值進行非相干累加並判決即可實現該碼道的擴頻碼捕獲；同樣利用數字匹配濾波器輸出的相關值進行相干或非相干累加並進行比較判決，可以以較高的增益搜索到多徑信號並獲得每個徑的可靠信道估計結果；針對需要進行碼片跟蹤的擴頻碼道，對數字匹配濾波器輸出的一個或多個路徑的相關峰的超前和滯後相關值進行運算可獲得碼片跟蹤誤差信號，據此即可完成碼片跟蹤。
2.根據權利要求1的基於數字匹配濾波器多徑搜索與信道估計方法，其特徵在於數字匹配濾波器可以是一個或多個。
3.根據權利要求1的基於數字匹配濾波器多徑搜索與信道估計方法，其特徵在於數字匹配濾波器的級數可以使任意的。
4.根據權利要求1的基於數字匹配濾波器多徑搜索與信道估計方法，其特徵在於擴頻碼捕獲的搜索策略可以是任意的。
5.根據權利要求1的基於數字匹配濾波器多徑搜索與信道估計方法，其特徵在於擴頻碼捕獲時的非相干累加方式和累加次數可以是任意的。
6.根據權利要求1的基於數字匹配濾波器多徑搜索與信道估計方法，其特徵在於多徑搜索時的非相干或相干累加方式和累加次數可以是任意的。
7.根據權利要求1的基於數字匹配濾波器多徑搜索與信道估計方法，其特徵在於多徑搜索的策略可以是任意的。
8.根據權利要求1的基於數字匹配濾波器多徑搜索與信道估計方法，其特徵在於信道估計的算法和實現方法可以是任意的。
9.根據權利要求1的基於數字匹配濾波器多徑搜索與信道估計方法，其特徵在於碼片跟蹤可採用相干或非相干方式。
10.根據權利要求1的基於數字匹配濾波器多徑搜索與信道估計方法，其特徵在於碼片跟蹤的實現方法可以是任意的。
全文摘要
本發明利用數字匹配濾波器完成一個或多個擴頻碼道的數字匹配濾波,連續提供對應擴頻碼道的相關值,對要捕獲的擴頻碼道的相關值進行非相干累加並判決即可實現該碼道的擴頻碼捕獲;同樣利用數字匹配濾波器輸出的相關值進行相干或非相干累加並進行比較判決,可以以較高的增益搜索到多徑信號並獲得每個徑的可靠信道估計結果;針對需要進行碼片跟蹤的擴頻碼道,對數字匹配濾波器輸出的一個或多個路徑的相關峰的超前和滯後相關值進行運算可獲得碼片跟蹤誤差信號,據此即可完成碼片跟蹤。
文檔編號H04B1/707GK1365210SQ0113672
公開日2002年8月21日 申請日期2001年10月22日 優先權日2001年10月22日
發明者張效義, 於宏毅, 蔡斌, 胡捍英, 劉正軍 申請人:信息產業部電信傳輸研究所, 中國人民解放軍信息工程大學