一种利用dsp实现的wcdma基站接收机中多径搜索和跟踪方法

专利名称：一种利用dsp实现的wcdma基站接收机中多径搜索和跟踪方法
技术领域：
本发明涉及一种移动通信接收机技术，具体涉及一种利用DSP实现的WCDMA接 收机中多径搜索和跟踪方法。
背景技术：
在移动通信系统中，基站和移动台间的无线信号是在移动信道中传输的。在WCDMA 移动通信系统中，也是一样。移动信道的主要特点是存在着衰耗、慢衰落和各类多径快 衰落。其中对传输可靠性影响最大的是各类快衰落，它们是空间选择性衰落、频率选择性衰落和时间选择性衰落。分集技术是研究将客观的多径衰落信道分散的信号能量有效 地收集起来，是对付这些衰落的一种有效措施。在WCDMA系统中，利用RAKE接收技 术合并多径衰落信号,RAKE接收技术也是一种分集技术。由于用户的随机移动性，接收到的多径分量的数量、大小(幅度)、时延、相位均为 随机量，因而合成矢量也是一个随机量。在WCDMA基站接收机中， 一般是通过利用 FPGA实现的RAKE接收将各路径分开，相位校准，加以利用，则随机的矢量和将可以 变成比较稳定的代数和而加以利用。因此在FPGA实现的RAKE接收机中，包括多径的 搜索和跟踪功能。但是，FPGA实现的RAKE接收机存在不够灵活、不利于升级的缺陷。 一直以来，用DSP实现多径的搜索和跟踪是工程实现的一个热点问题。由于DSP技术的 进步，采用DSP实现多径的搜索和跟踪是未来的发展方向。发明内容本发明的目的在于提出一种用DSP实现的WCDMA基站接收机多径搜索和跟踪方法。 本发明的利用DSP实现的WCDMA基站接收机多径搜索和跟踪方法包括的功能模块有 扰码生成模块、多径搜索模块、多径跟踪模块、管理模块。多径搜索模块完成用户的多 径搜索处理；多径跟踪模块完成频偏估计、多径跟踪等功能，管理模块完成用户的多径 搜索管理与多径跟踪管理等功能。多径搜索模块和多径跟踪模块分别从扰码生成模块获 得本地扰码片断，从码片数据缓存区取天线数据，从用户状态信息获取相关参数进行多 径搜索和跟踪。多径搜索模块的多径搜索结果以消息形式送给管理模块，另外多径搜索模块也会更新用户状态信息的某些参数(如消息队列参数等)。码片数据缓存区的数据会 不断更新，用户状态信息里关于多径搜索的参数也会被管理模块不断更新。多径跟踪模 块的处理结果也送给管理模块。多径跟踪模块也会更新用户状态信息的某些参数。扰码生成模块产生扰码，用于多径搜索。当用户建立时，根据用户扰码号得到扰码 发生器初始状态，将初始状态保存在用户状态变量中，以后根据需要产生从38400扰码 序列内指定位置开始，指定长度的扰码片断，产生方法和3GPP TS25.213协议中的规定 一致。多径搜索模块完成的功能是计算PDP (Power Delay Profile)时延多径能量；根据 PDP检测多径并上报给管理模块。该模块的主要步骤包括利用无线链路建立时获得的 扰码对天线数据进行相关运算；根据相干积分长度，对相关运算结果进行相干积分；然 后根据非相干积分长度，进行非相干积分，得到PDP;根据PDP计算出门限；对能量大 于门限的路径做进一步选择后，将最终确定的多径信息(数目、各径的位置和能量)上 报给管理模块。多径跟踪模块主要完成多径跟踪，信道估计，SIR估计，频偏估计等功能。 管理模块主要完成用户的搜索管理和多径管理。搜索管理主要根据最终参与解调合并的多径确定搜索窗的起始位置与搜索窗的大小， 搜索管理在每个用户的帧尾执行。可根据无线链路的状态来动态调整搜索窗。多径管理主要利用多径搜索和多径跟踪上报的多径信息，根据多径质量好坏确定最终 参与解调合并的多径，多径管理在每个用户的帧尾执行。在多径管理中如果同时有搜索 结果和跟踪结果需要处理，先处理跟踪结果，输出参与解调合并的多径；然后处理搜索 结果，分配参与跟踪的多径。多径质量的好坏表现为多径能量的大小。在每个用户的帧尾，先执行多径管理，确定本时隙最终参与解调合并的多径，再执行 搜索管理。


图1是多径搜索和跟踪处理模块关系示意图；图2是搜索结果处理示意图；图3是跟踪结果处理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例，对本发明作进一步说明。如图1所示，多径搜索模块完成用户的多径搜索处理；多径跟踪模块完成频偏估计， 多径跟踪等功能，管理模块完成用户的多径搜索管理与多径分配管理等功能。多径搜索 模块的搜索结果以消息形式上报给管理模块。椭圆内用户状态信息是全局变量，该变量 在无线链路建立时初始化。多径搜索模块只需读取用户状态信息变量的搜索参数。多径 跟踪模块读取用户状态信息的某些参数(例如指峰信息,信道估计，信号干扰比)进行解 调与估计，把多径跟踪结果送给多径管理模块，并把频偏估计值和信道系数估计值写入 用户状态信息变量。管理模块根据多径搜索消息与多径跟踪结果进行多径管理，把多径 信息写入到用户状态信息变量。扰码生成模块产生扰码，用于多径搜索。当用户建立时，根据用户扰码号得到扰码 发生器初始状态，将初始状态保存在用户状态变量中，以后根据需要产生从38400扰码 序列内指定位置开始，指定长度的扰码片断，产生方法和3GPP TS25.213协议中的规定 一致。多径搜索模块完成的功能是计算PDP (Power Delay Profile);根据PDP检测多径 并上报给管理模块。该模块的主要步骤包括利用无线链路建立时获得的扰码对天线数 据进行相关运算；根据相干积分长度，对相关运算结果进行相干积分；然后根据非相干 积分长度，进行非相干积分，得到PDP;根据PDP计算出门限；对能量大于门限的路径 做进一步选择后，将最终确定的多径信息(数目、各径的位置和能量)上报给管理模块。具体过程如下(1)相关运算和相干积分。其中，天线数据的釆样间隔为1/2chip。输入-restart :重新开始搜索计算标志， 一般开始搜索时设置为l; params中各域的含义-phase—a—base: —个循环buffer的起始地址，用于存储位于整数chip位置的天线数据；phase一b一base:另一个循环buffer的起始地址，用于存储位于1/2 chip位置的天线数据；phasejium—chips:循环buffer的长度，单位是l chip;phase—a—offset:与phase—a—base起始位置的距离；phase—b一offset:与phase—b一base起始位置的距离；descrambling—code_ptr: 扰码指针；pilot—sign』tr:导频符号指针，通过时隙格式确定；加m一alignments:搜索窗长度，单位是l/2chip;num_symboIs:相干积分长度(一个时隙中迸行相干积分的符号数)；derotationj)tr:频偏表指针；derotation—step:频偏幅度。输出accumulation_ptr:相干积分结果输出指针。处理过程如下首先以l个符号(256码片)为单位，使用扰码与循环buffer中的数 据进行相关运算，再对该结果进行频偏校正，每个符号共得到num一alignments个相关运 算结果；然后根据相干积分长度(mini—symbols),将各导频符号在相同位置的相关运算 结果进行相加，得到相干积分结果。最后通过指针accumulatioruDtr输出相干积分结果。(2) 得到PDP值，同时返回PDP中的最大值。 输入num—alignments:搜索窗长度，单位是1/2chip;num一accumulations: 非相干积分长度；accumulations_ptr:输入的相干积分结果；scale—shift:取值为0到-31;profile—in_ptr:指向之前计算出的PDP的指针。输出profile—out_ptr: PDP结果输出指针。返回max—value: PDP中的最大值。处理过程如下根据非相干积分长度(num一accumulations)，计算出各时隙对应于同 一时延的相干积分结果的模的平方和，然后右移scale—shift位；最后与之前计算出的PDP 值(profilejn^ptr)相加，得到此次多径搜索所需的PDP值，并返回其中的最大值。(3) 如果PDP的最大值(用n位bit表示)超过16位，则将PDP值都右移n-16位。(4) 选择多径。 输入profile—ouU)tr:指向PDP的指针；num—alignments:搜索窗长度，即PDP的个数；user—id:用户标识，通过用户标识可得到与多径搜索相关的参数和状态信息。输出path一n匿多径个数； pathj3tr指向多径的指针。处理过程首先对输入的PDP进行帧间FIR滤波，并计算多径搜索门限，然后对超 过门限的PDP按照一定规则选择出有效多径，最后输出至多max—finger—皿m(每个用户 可使用的最大finger数)个多径。多径跟踪模块主要完成多径跟踪，信道估计，SIR估计，频偏估计等功能。多径跟踪过程为EOL (早中迟)导频符号进行相干累加，调用模块为 coherent—accumulate,再对相干累加的结果进行非相干累加，调用模块为 estimate_power_profile，得出早中迟路相关能量。最后通过模块dll_adjust得出多径跟踪 的判决值。下面分别对这几个模块进行说明。Coherent—accumulate模块输入E0L符号，相干积分长度。输出对应每个EOL符号位置的相干累加结果。处理过程对输入进行简单的累加，如下式所示 <formula>formula see original document page 9</formula>式中，accu为相干累计结果，accu(O)为对应提前符号(early)的累加结果，accu(l) 为对应当前(ontime)符号的累加结果，accu(2)为对应延迟(delay)符号的累加结果。sym 为EOL符号，N为相干积分长度， 一般N-Npilot，即pilot的位数。Estimate_power_profile:输入来自coherent—accumulate函数的相干累加结果，非相干积分长度。 输出早中迟路相关能量。处理过程对来自coherent一accumulate模块的相干累加结果进行非相干能量叠加， 如下式所示<formula>formula see original document page 9</formula>式中，ncoh为非相干叠加能量，ncoh(O)为对应提前(early)符号的能量，ncoh(l)为对应 当前(ontime)符号的能量，ncoh(2)为对应延迟(late)符号的能量。M为非相干积分长 度， 一般M二15。DU_adjust:输入早中迟路相关能量输出中路相关能量，判决结果。处理过程利用estimatejowerjrofile模块计算的非相干累加能量，首先将早路、迟 路能量差值归一化"co柳l 一 wco/z「21norm一eng =-^-^~一 wco/j[1]然后，将归一化的结果与门限n进行比较，根据比较的结果决定是否调整早路、中 路、迟路信号的抽取起点以及调整的方向。若卜^ _^^<777，则认为中路信号的抽取起点就是径的真实位置；若norm—eng<-777，则认为中路信号的抽取起点早于径的真实位置，应将早路、中路、迟路信号的抽取起点后移5，抽取新的早路、中路、迟路信号；若norm—eng〉7T7，则认为中路信号的抽取起点晚于径的真实位置，应将早路、中路、迟路信号的抽取起点前移^，抽取新的早路、中路、迟路信号。77;为预先设定的门限，可 以通过仿真来设定，目前暂定为0.3。 5与多径跟踪的精度要求有关，我们设为l/8码片。 信道估计首先对输出的中路导频符号进行相干累加，调用coherent—accumulate,然后 将相干累加结果通过一个2阶IIR滤波器进行滤波，调用函数为filterchannel一gain。其中 coherent—accumulate同上述的相干累加模块。下面只对filterchannel—gain进行说明。 filterchannel一gain:输入coherent一accumulate模块输出的中路相干累加结果，滤波器系数； 输出信道系数。处理过程filte^channel—gain模块使用的IIR滤波器其时域迭代计算式如下 少(")=S0x(") +— 1) + i52x(w — 2) + v4,少("_ 1) + v42_y(" — 2)输入序列x(n)来自coherent—accumulate模块输出的中路相干累加结果，输出序列y(n) 是对x(n)进行低通滤波(平滑)的结果，作为信道系数用于对指峰的信道校正。 频偏估计输入中路解扩导频符号，导频符号个数。输出相位旋转步长。处理过程将导频符号分组以降低噪声对计算结果的影响，对分组后的导频符号按照叉乘的方法计算剩余相位偏移的实部和虚部，在一个时隙上对(Npilot—l)个结果进行 平均，然后在时隙间对15个结果进行滤波，最后将15个时隙上得到的结果査预先定义 好的反正切表得到每两个符号之间相位偏移的估计值，将结果除以(2e/1024)得到一 个帧内的相位旋转步长derotation—step，在对下一个帧数据进行解调时，就用全局变量中 的频差信息对数据进行频率校正。 多径合并-输入中路解扩输出，信道系数，多径数目。 输出多径合并后的符号。处理过程按照下式合并各个Finger输出的符号。Z(z')cA"w — (/)*上式中，L为Finger个数；/为符号的编号，从1开始；^w6o/ow《/)为合并后的第z' 个符号； W为第/个Finger输出的第/个符号；c/zcm^ga^^为第/个Finger中第/个符 号对应的信道系数,c/^w^&"^^为第/个Finger中第/个符号对应的信道系数的共轭，对 合并后的符号进行饱和截位处理。管理模块主要完成用户的搜索管理和多径管理。搜索管理主要根据最终参与解调合并的多径确定搜索窗的起始位置与搜索窗的大小， 搜索管理在每个用户的帧尾执行。可根据无线链路的状态来动态调整搜索窗。多径管理主要利用多径搜索和多径跟踪上报的多径信息，根据多径质量好坏确定最终 参与解调合并的多径，多径管理在每个用户的帧尾执行。在多径管理中如果同时有搜索 结果和跟踪结果需要处理，先处理跟踪结果，输出参与解调合并的多径；然后处理搜索 结果，分配参与跟踪的多径。多径质量的好坏表现为多径能量的大小。在每个用户的帧尾，先执行多径管理，确定本时隙最终参与解调合并的多径，再执行 搜索管理。在本实施例中，每个用户分配的最大多径个数(即fingers个数)8个(双天线)， 多径搜索上报的多径个数最大为8 (双天线)。多径管理中对搜索结果的处理过程如图2所示，处理步骤如下 步骤l:判断用户已分配的fingers数是否为0，若为0，表示第一次处理搜索结果， 进入步骤2，否则进入步骤3。步骤2:置active—flg-2，并把所有多径全部分配下去；步骤3:新径判断，若为新径，进入歩骤4，否则进入步骤9; 步骤4:判断是否有空闲fingcr，若有，则进入步骤5，否则进入步骤6; 歩骤5:把该径分配给空闲finger,并置该finger的changed_flg为"改变"； 步骤6:在己分配fingers中寻找最弱的finger;步骤7:判断该径能量是否比最弱finger高某一阈值，若是，则进入步骤8，否则结 束处理；步骤8:用该径替换最弱finger,并置该finger的changed_flg为"改变"；步骤9:判断是否还有多径未处理，若有，则返回步骤3，否则结束处理。多径管理中对跟踪结果的处理过程如图3所示，多径失锁(多径不参加合并)的判 断标准为多径的能量低于同一跟踪周期内最大能量某一域值(e.g-10dB)，多径消失的判 断准则为多径连续N次(N可调整)不参加合并。多径跟踪处理步骤如下步骤l:判断多径是否失锁，若失锁，则进入步骤2，否则进入步骤3;步骤2:置该fmger的combine_flg为"不合并"；步骤3:判断多径是否消失，若消失，则进入步骤4，否则进入步骤5;步骤4:置该finger的valid—flg为"无效"，即该finger变为空闲；步骤5:判断是否还有已分配多径未处理，若有，则进入步骤6，否则返回步骤l; 步骤6:根据跟踪结果以及多径间位置关系判断多径位置是否需要调整，若需要调整 则更新为调整后的位置与能量，处理过程结束。应当注意，凡不脱离本发明思想的任何改进的方法都属于本发明的保护范围，本发 明具体保护范围由权利要求书限定。
权利要求
1. 一种利用DSP实现的WCDMA基站接收机中多径搜索和跟踪方法，其特征在于包括如下功能模块扰码生成模块、多径搜索模块、多径跟踪模块、管理模块。多径搜索模块完成用户的多径搜索处理；多径跟踪模块完成频偏估计、多径跟踪等功能，管理模块完成用户的多径搜索管理与多径跟踪管理等功能。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于多径搜索模块完成的功能是计算PDP(Power Delay Profile)时延多径能量；根据PDP检测多径并上报给管理模块。该模块的 主要步骤包括利用无线链路建立时获得的扰码对天线数据进行相关运算；根据相干积 分长度，对相关运算结果进行相干积分；然后根据非相干积分长度，进行非相干积分， 得到PDP;根据PDP计算出门限；对能量大于门限的路径做进一步选择后，将最终确定 的多径信息(数目、各径的位置和能量)上报给管理模块。
3、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于多径跟踪模块中Coherent—accumulate 模块对输入进行简单的累加，如下式所示W-l<formula>formula see original document page 2</formula>式中，accu为相干累计结果，accu(0)为对应提前符号(early)的累加结果，accu(l) 为对应当前(ontime)符号的累加结果，accu(2)为对应延迟(delay)符号的累加结果。sym 为EOL早中迟符号，N为相干积分长度， 一般N-Npilot，即pilot的位数。
4、根据权利要求1所述的方法,其特征在于多径跟踪模块中Estimatejx)werjrofile 模块对来自coherent一accumulate模块的相干累加结果进行非相干能量叠加，如下式所示<formula>formula see original document page 2</formula>式中，ncoh为非相干叠加能量，ncoh(0)为对应提前(early)符号的能量，ncoh(l)为 对应当前(ontime)符号的能量，ncoh(2)为对应延迟(late)符号的能量。M为非相干积 分长度， 一般M二15。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于多径跟踪模块中DU—adjust模块利用 estimatejowerjrofile模块计算的非相千累加能量，首先将早路、迟路能量差值归一化<formula>formula see original document page 2</formula>然后，将归一化的结果与门限7^进行比较，根据比较的结果决定是否调整早路、中 路、迟路信号的抽取起点以及调整的方向。若卜omz —e"g|<772，则认为中路信号的抽取 起点就是径的真实位置；若norm一eng《77z,则认为中路信号的抽取起点早于径的真实位 置，应将早路、中路、迟路信号的抽取起点后移5，抽取新的早路、中路、迟路信号； 若norm一eng〉7^，则认为中路信号的抽取起点晚于径的真实位置，应将早路、中路、迟 路信号的抽取起点前移J，抽取新的早路、中路、迟路信号。T7 为预先设定的门限，可 以通过仿真来设定，目前定为0.3。 5与多径跟踪的精度要求有关，我们设为l/8码片。
6、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于多径跟踪模块中filter—channel—gain模块使用的IIR滤波器其时域迭代计算式如下<formula>formula see original document page 3</formula>输入序列x(n)来自coherent—accumulate模块输出的中路相干累加结果，输出序列y(n) 是对x(n)进行低通滤波(平滑)的结果，作为信道系数用于对指峰的信道校正。
7、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于多径跟踪模块中频偏估计模块将导频符号 分组以降低噪声对计算结果的影响，对分组后的导频符号按照叉乘的方法计算剩余相位 偏移的实部和虚部，在一个时隙上对(Npilot—l)个结果进行平均，然后在时隙间对15 个结果进行滤波，最后将15个时隙上得到的结果査预先定义好的反正切表得到每两个符 号之间相位偏移的估计值，将结果除以(2"/1024)得到一个帧内的相位旋转步长 derotation_step，在对下一个帧数据进行解调时，就用全局变量中的频差信息对数据进行 频率校正。
8、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于多径跟踪模块中多径合并模块按照下 式合并各个Finger输出的符号。<formula>formula see original document page 3</formula>上式中，L为Finger个数；z'为符号的编号，从1开始；炒m6o/cwW)为合并后的第Z个符 号；M,^为第/个Finger输出的第/个符号；c/w"jfl/",②为第/个Finger中第/个符号对 应的信道系数,c/zan^af"/(^为第/个Finger中第i个符号对应的信道系数的共轭,对合并后的符号进行饱和截位处理。
9、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于多径管理中对搜索结果的处理过程包括如下处理步骤步骤l:判断用户已分配的fingers数是否为0，若为0，表示第一次处理搜索结果，进入步骤2，否则进入步骤3。步骤2:置active一flg-2,并把所有多径全部分配下去；步骤3:新径判断，若为新径，进入步骤4，否则进入步骤9;步骤4:判断是否有空闲finger,若有，则进入步骤5，否则进入步骤6; 步骤5:把该径分配给空闲fmger，并置该finger的changed—flg为"改变"； 步骤6:在已分配fingers中寻找最弱的finger;步骤7:判断该径能量是否比最弱finger高某一阈值，若是，则进入步骤8，否则结 束处理；步骤8:用该径替换最弱finger,并置该finger的changed一flg为"改变"； 步骤9:判断是否还有多径未处理，若有，则返回步骤3，否则结束处理。
10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于多径管理中对跟踪结果的处理过程包括 如下处理步骤步骤l:判断多径是否失锁，若失锁，则进入步骤2，否则进入步骤3;步骤2:置该finger的combine一flg为"不合并"；步骤3:判断多径是否消失，若消失，则进入步骤4，否则进入步骤5;步骤4:置该finger的validJlg为"无效"，即该finger变为空闲；步骤5:判断是否还有已分配多径未处理，若有，则进入步骤6，否则返回步骤l; 步骤6:根据跟踪结果以及多径间位置关系判断多径位置是否需要调整，若需要调整 则更新为调整后的位置与能量，处理过程结束。
全文摘要
本发明提出了一种利用DSP实现的WCDMA基站接收机中多径搜索和跟踪方法。在WCDMA移动通信系统中，多径搜索和跟踪是WCDMA基站的关键功能模块之一，本发明利用DSP实现WCDMA多径搜索和跟踪的功能，用DSP实现的WCDMA多径搜索和跟踪方法包括的功能模块有扰码生成模块、多径搜索模块、多径跟踪模块、管理模块。多径搜索模块和多径跟踪模块分别从扰码生成模块获得本地扰码片断，从码片数据缓存区取天线数据，从用户状态信息获取相关参数进行多径搜索和跟踪。将多径搜索模块和其他基带功能模块有机结合在一起，使WCDMA基站接收机基带模块更加灵活，更加便于升级。
文档编号H04B1/707GK101267228SQ20081010438
公开日2008年9月17日 申请日期2008年4月23日 优先权日2008年4月23日
发明者陈朝阳 申请人:北京北方烽火科技有限公司