專利名稱：基于可編程數(shù)字匹配濾波器的軟切換rake結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于碼分多址蜂窩移動通信領域。本發(fā)明涉及基于可編程數(shù)字匹配濾波器的軟切換RAKE結構，是一種新穎的碼分多址(CDMA)蜂窩移動通信系統(tǒng)移動臺輔助軟切換實現(xiàn)方式，可以有效地簡化接收機結構，提高移動臺RAKE分集地性能和網絡覆蓋增益。
越區(qū)軟切換可以保證移動臺在跨越兩個小區(qū)邊界時不中斷通信而實現(xiàn)與不同基站通信鏈路的切換。當移動臺始終處于兩個或三個小區(qū)交界區(qū)域時，軟切換將成為一種通信模式而不再是一種隨機事件。軟切換是CDMA通信固有的特點，是CDMA優(yōu)于FDMA和TDMA體制的一個明顯特征。
所謂軟切換是指移動臺處于不同小區(qū)交界處時，可以首先同時與兩個或三個基站保持通信，待某一鏈路達到信噪比要求后，釋放其他鏈路，將通信轉向通信性能最高的一個基站方向，進入該基站服務區(qū)。CDMA系統(tǒng)之所以能夠實現(xiàn)軟切換是因為不同小區(qū)的基站可以共用相同的頻帶，并且具有其他接入體制所不具備的高的時間分辨率，移動臺可以利用相關接收特性分辨同一帶寬內來自不同基站的信號并將其合并，起到加強接收信號有效功率、提高接收信噪比的作用。高性能的軟切換方案可以有效改善蜂窩小區(qū)交界處最困難地帶的通信狀況、擴大小區(qū)覆蓋半徑、大幅度減少網絡提供優(yōu)良服務所需的基站數(shù)量。
軟切換的實現(xiàn)必須依賴于RAKE結構，也即可以對多路同頻信號進行相關接收。實現(xiàn)RAKE的方法主要有兩種相關器結構和匹配濾波器結構。北美CDMA蜂窩系統(tǒng)標準EIA/TIA IS-95中推薦的方法是采用相關器，結構如說明書附圖1所示，其RAKE接收機由4路相關器構成，其中一路相關器擔任搜索任務，搜索的目標有兩類一類是來自本區(qū)內的多徑信號，另一類是新小區(qū)的導頻信號。搜索相關器獲得的三路最強的信號，可能是同一小區(qū)中的三路最強路徑信號，也可能是來自不同小區(qū)的三路信號，送給三個路徑相關器進行相關接收，三路輸出結果進行合并即實現(xiàn)了RAKE分集的過程。軟切換也在這一過程中得以實現(xiàn)。
用相關器實現(xiàn)RAKE進而實現(xiàn)軟切換的缺點是可接收分集的路徑數(shù)少，若進一步增加分集路徑數(shù)，電路規(guī)模將會急速膨脹。
匹配濾波器是實現(xiàn)RAKE接收的理想方案，傳統(tǒng)的基于匹配濾波器的RAKE接收機結構如說明書附圖2所示。圖2中的RAKE結構可以分集合并的最大多徑數(shù)可以與處理增益數(shù)相等，即實現(xiàn)全路徑分集，電路規(guī)模也并不比圖1結構有太大增加。一個缺點是，傳統(tǒng)意義上的匹配濾波器總是被動積分形式的，即本地參考信號保持不變，所以，圖2的RAKE結構只能實現(xiàn)對一個基站信號多路徑的分集接收，由于不具備同時對兩個經不同偽隨機序列擴展頻譜的信號進行相關接收的能力，所以不能實現(xiàn)軟切換。
本發(fā)明的目的在于提供一種高性能的越區(qū)軟切換RAKE結構的實現(xiàn)方案，克服上述兩種傳統(tǒng)RAKE結構的弱點。
本發(fā)明的技術解決方案是將相關器與匹配濾波器的特點相結合，使匹配濾波器可編程化，從而在一路匹配濾波器上加以簡單改造，即可實現(xiàn)高性能的軟切換，對來自兩個或三個基站的信號都可進行全路徑分集合并。
由于匹配濾波器具有高的時間分辨率，大規(guī)模集成電路的發(fā)展已使其數(shù)字化實現(xiàn)十分方便，現(xiàn)已越來越多地應用于擴頻信號快速捕捉和RAKE分集中。本發(fā)明在對廣泛應用于捕捉或RAKE分集中的傳統(tǒng)的匹配濾波器進行可編程化改造后，在不明顯增加電路規(guī)模的情況下，即可實現(xiàn)高性能的越區(qū)軟切換RAKE結構。越區(qū)軟切換必須移動臺輔助，即要求移動臺必須具有同時接收多個基站信號的能力，而電路規(guī)模盡可能簡單，性能盡可能高是對移動臺的基本要求，本發(fā)明利用有限的電路資源達到高性能的軟切換RAKE分集效果是與這一基本要求相一致的，也是符合個人通信和第三代移動通信發(fā)展要求的。
本發(fā)明使匹配濾波器中的加法器和乘法器加速運算。多組本地參考信號共用移位寄存器、加法器和乘法器構成可編程匹配濾波器。
匹配濾波器對不同組本地參考信號分時進行匹配運算，移位寄存器的依次移位實現(xiàn)多次輸出。
使用一個匹配濾波器實現(xiàn)對多個基站信號的全路徑RAKE分集接收。
對匹配濾波器的可編程化體現(xiàn)在兩個方面本地參考信號每碼片周期的多次切換和每數(shù)據(jù)符號周期一次的更新。
本發(fā)明實施例示于說明書附圖3。圖3的電路結構可以在移動臺處于A、B、C三個基站的覆蓋區(qū)域內時，同時對三個基站信號進行分集接收。三個基站的交界處是通信的最困難地帶。R(t)代表經變頻、濾波后的基帶模擬信號，Ri代表經對R(t)進行模數(shù)轉換(A/D)后的笫i個數(shù)字化結果。圖3僅是對相干接收分集軟切換的一種簡單示意，假定來自三個基站的擴頻信號的處理增益均為M，并且每碼片一次抽樣的結果，實際實現(xiàn)中不排除每碼片多次抽樣的應用。A={A1,A2…,AM}、B={B1,B2,…,BM}、C={C1,C2…,CM}分別表示A、B、C三個小區(qū)的本地參考擴展序列對應于當前數(shù)據(jù)符號的M位系數(shù)值，X={X1,X2…,XM}、Y={Y1,Y2,…,YM}和Z={Z1,Z2…,ZM}分別為C和H與匹配濾波器輸入信號Ri的抽樣序列的相關結果，即Yi=Σj=1MAjRj-1i=1,2,···,M------(1)]]>Yi=Σj=1MBjRj-ii=1,2,···,M---(2)]]>Zi=Σj=1MCjRj-ii=1,2,···,M---(3)]]>α{α1,α2…,αM}、β={β1,β2,…,βM}、σ={σ1,σ2…,σM}分別為對A、B、C三個基站信號M個路徑信號的估計系數(shù)．RAKE的實現(xiàn)基于存貯結構，匹配濾波器的輸出信號，即加法器的輸出順序存入3M個存貯單元中，第1,4,7,…,3M-2個單元是A小區(qū)的多徑信號，第2,5,8,…,3M-1個單元是B小區(qū)的多徑信號，第3,6,9,…,3M個單元是C小區(qū)的多徑信號。當采用選擇式合并，而不進行全路徑合并時，所需存貯單元數(shù)將會小于3M個。
本發(fā)明軟切換結構的工作流程如下。
1．接收機接收到的信號首先經變頻成為基帶信號R(t)。
2．對R(t)進行A/D變換，成為數(shù)字信號Ri。
3．Ri順序移位進入M級移位寄存器，設碼片周期為Tc秒，則移位速率為每Tc秒移位一次。傳統(tǒng)的匹配濾波器的輸出速率與輸入速率相同，并且僅有一組本地參考信號。為了實現(xiàn)軟切換RAKE分集，本發(fā)明中匹配濾波器有多組本地參考，圖3中為三組，即A、B、C，匹配濾波器的運算(乘法和加法)加速運行，每Tc秒時間內進行三次運算，相對于A、B、C三組參考信號實現(xiàn)三次匹配輸出，依次順序存入3M級存貯器中。
4．最后用對信道估計得到的三組多徑信號系數(shù)對存貯器中的數(shù)據(jù)進行加權合并，即實現(xiàn)了對三個基站信號的全路徑RAKE分集。
與傳統(tǒng)匹配濾波器不同，這里匹配濾波器的工作過程完全可編程化?？删幊腆w現(xiàn)在本地參考系數(shù)的兩種改變一是針對不同基站的信號，每碼片可以進行三次改變，接收三路擴頻序列完全不同的信號；二是擴頻序列周期往往遠大于處理增益，這樣，對于每一路信號，正常通信過程中，必須每個符號周期(或每M個碼片周期)對相應的參考系數(shù)組進行一次更新。
視移動臺所處位置不同，圖3所示軟切換結構可能會有四種工作情況1．移動臺初始接入期間，未與任何一個基站建立通信，則匹配濾波器處于搜索狀態(tài)，可同時以三個本地參考進行搜索，即同時搜索三個基站的信號。
2．移動臺處于一個基站的良好覆蓋區(qū)域，僅接收一個基站的信號即可滿足性能要求，或其他基站信號的強度不足以被移動臺搜索到，此時，僅對一個基站信號進行RAKE分集接收，同時搜索新的基站信號。
3．在同一個基站進行正常通信的同時，搜索到了新的基站的信號，認為已經處于兩個基站的覆蓋交界區(qū)域，則此時可以同時對兩個基站的信號進行全路徑RAKE分集接收，同時搜索第三個新的基站信號。
4．在同兩個基站進行正常通信的同時，搜索到了又一新的基站的信號，認為已經處于三個基站的覆蓋交界區(qū)域，則此時可以同時對三個基站的信號進行全路徑RAKE分集接收。
由以上說明可以看出，本發(fā)明中，匹配濾波器兼具初始搜索、RAKE分集和軟切換三重任務。
圖3所示僅是本發(fā)明的一個實施例，應用中可能僅做兩個基站的軟切換RAKE分集接收，或有其他變更使用。本發(fā)明的保護不受圖3實施例的限制，而且包括其他的變形，以及在權利要求書范圍內的變更。


圖1為相關器的RAKE接收機結構2為傳統(tǒng)的RAKE接收機結構3為本發(fā)明實施例電路結構圖本發(fā)明積極效果1．有效簡化接收機結構，尤其是移動臺的結構2．提高移動臺的RAKE分集性能，從而使網絡覆蓋增益得以提高。
權利要求
1．基于可編程數(shù)字匹配濾波器的軟切換RAKE結構。其特征在于(1)使匹配濾波器中的加法器和乘法器加速運算(2)多組本地參考信號共用移位寄存器、加法器和乘法器構成可編程匹配濾波器(3)匹配濾波器對不同組本地參考信號分時進行匹配運算，移位寄存器的依次移位實現(xiàn)多次輸出(4)使用一個匹配濾波器實現(xiàn)對多個基站信號的全路徑RAKE分集接收(5)對匹配濾波器的可編程化體現(xiàn)在兩個方面本地參考信號每碼片周期的多次切換和每數(shù)據(jù)符號周期一次的更新
2．基于可編程數(shù)字匹配濾波器的軟切換RAKE結構，其特征在于按照以下工作流程進行(1)收機接收到的信號經變頻成為基帶信號R(t)；(2)對R(t)進行A/D變換，成為數(shù)字信號Ri；(3)Ri順序移位進入M級移位寄存器；(4)用對信道估計得到的三組多徑信號系數(shù)對存儲器中的數(shù)據(jù)進行加權合并。
3．根據(jù)權利要求1的基于可編程數(shù)字匹配濾波器的軟切換RAKE結構，其特征在于可以采用相干接收方式。
4．根據(jù)權利要求1的基于可編程數(shù)字匹配濾波器的軟切換RAKE結構，其特征在于可以使用兩組結構構成非相干接收方式。
5．根據(jù)權利要求1的基于可編程數(shù)字匹配濾波器的軟切換RAKE結構，其特征在于使用同一個匹配濾波器，通過不同組本地參考信號的切換可以實現(xiàn)對同時多個基站信號的初始搜索。
6．根據(jù)權利要求1的基于可編程數(shù)字匹配濾波器的軟切換RAKE結構，其特征在于同一個匹配濾波器在對一路擴頻或直接序列擴頻碼分多址信號進行正常接收并且進行RAKE分集接收的同時，可以通過本地參考信號的切換對新的擴頻或直接序列擴頻碼分多址信號進行搜索。
7．根據(jù)權利要求1的基于可編程數(shù)字匹配濾波器的軟切換RAKE結構，其特征在于同一個匹配濾波器在對兩路擴頻或直接序列擴頻碼分多址信號進行正常接收并且進行RAKE分集接收的同時，可以通過本地參考信號的切換對新的擴頻或直接序列擴頻碼分多址信號進行搜索。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于可編程數(shù)字匹配濾波器的軟切換RAKE結構,是一種新穎的CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)移動臺輔助軟切換實現(xiàn)方式,對傳統(tǒng)匹配濾波器加以改造,使之可編程化,提高其工作速率,增加參考信號種類,使其分時加速運行,使同一個匹配濾波器可以同時擔當快速捕捉、RAKE分集、軟切換三重任務,并且對來自三個基站的信號都可以實現(xiàn)全路徑合并。軟切換性能遠優(yōu)于現(xiàn)有方法。
文檔編號H04B1/707GK1212587SQ98103028
公開日1999年3月31日 申請日期1998年7月17日 優(yōu)先權日1998年7月17日
發(fā)明者胡捍英, 鄔江興 申請人:中國人民解放軍信息工程學院