專利名稱：一種直接序列擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，如無線通信、移動通信、雷達(dá)、電子對抗等，它特別涉及采用直接序列擴(kuò)頻(如DS-CDMA)技術(shù)進(jìn)行通信的無線移動通信技術(shù)(如WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA等)。
背景技術(shù)：
圖1不失一般性的概括了直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射機(jī)的組成PN序列發(fā)生器模塊1、乘法器2、本地載波3、射頻處理1模塊4和發(fā)射天線5。
發(fā)射機(jī)工作過程信息比特b(t)通過乘法器模塊2與PN序列發(fā)生器模塊1產(chǎn)生的擴(kuò)頻序列元素αn相乘(αn的一個碼片持續(xù)時間為Tc，一個信息比特的持續(xù)時間為T，且T/Tc＝N，N就是直接序列擴(kuò)頻的處理增益，1≤n≤N)，相乘后得到的信號d(t)再與本地載波3相乘，調(diào)制到發(fā)射頻段，調(diào)制后的信號經(jīng)過射頻處理1模塊4饋入發(fā)射天線5，隨后輸入到傳輸介質(zhì)中。其中，射頻處理1模塊4的功能是使信號達(dá)到發(fā)射的要求，不同的發(fā)射機(jī)有著不同的射頻處理方式，這并不影響本發(fā)明的解擴(kuò)方法。
現(xiàn)有的直接序列擴(kuò)頻信號解擴(kuò)方法(技術(shù))可以概括為以下四種(1)時域直接序列擴(kuò)頻信號時域直接解擴(kuò)這是最簡單的接收方法，如圖2所示，這種時域直接接收方法只相當(dāng)于RAKE接收機(jī)的某一條支路，即從接收天線6接收到的信號經(jīng)過射頻處理2模塊7處理后得到y(tǒng)(t)，捕獲跟蹤模塊8從y(t)中得到同步信息τl，并傳遞給PN序列發(fā)生器1，PN序列發(fā)生器1根據(jù)同步信息τl輸出解擴(kuò)碼片ατl，y(t)與ατl相乘得到xl，xl通過積分器9后與權(quán)重系數(shù)wl相乘得到zl，最后zl輸入判決器模塊12做出判決，得到信息比特b(t)的估計值(t)。詳細(xì)內(nèi)容見朱近康編著的《擴(kuò)展頻譜通信及其應(yīng)用》，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1993年。
(2)時域直接序列擴(kuò)頻信號時域RAKE解擴(kuò)接收這是目前普遍采用的接收方法，如圖2所示，它可以充分利用無線通信信道中的L條徑實現(xiàn)多徑分集接收，每一條支路都相當(dāng)于上述的時域直接接收方法，RAKE接收機(jī)將經(jīng)過每一條徑處理后的信號zl(l＝1，2，...，L)輸入到合并器，根據(jù)合并器的輸出再做出判決，得到信息比特b(t)的估計值(t)。詳細(xì)內(nèi)容見Rappaport.T.S編著的“WirelessCommunications Principles and Practice”，電子工業(yè)出版社，1998年。
(3)時域直接序列擴(kuò)頻信號頻域等效解擴(kuò)這種接收方式可以用圖3來描述，接收天線接6收到的信號經(jīng)過射頻處理3模塊13處理后，得到信號c(t)，接著c(t)輸入到離散傅立葉變換(DFTDiscrete Fourier Transform)模塊14，做N點的DFT運算(N就是發(fā)射機(jī)中直接序列擴(kuò)頻的處理增益)，DFT運算后共輸出N路信號，其中第m(m＝1，2，...，N)路信號Xm與βm({β1，β2，...，βN}是由發(fā)射機(jī)中擴(kuò)頻序列{α1，α2，...，αN}做N點的DFT運算得到的)相乘后得到Y(jié)m，然后根據(jù)基于導(dǎo)引的信道估計模塊15的輸出Hm對信號Ym進(jìn)行信道校正，校正后輸出Wm，最后通過求和模塊17對Wm(m＝1，2，...，N)進(jìn)行求和，求和后的結(jié)果U直接送入判決模塊12進(jìn)行判決，判決后輸出信息比特b(t)的估計值(t)。詳細(xì)內(nèi)容見①Shin-YuanWang，Chia-Chi Huang，“On the architecture and performance of an FFT-basedspread-spectrum downlink RAKE receiver，”IEEE Transactions on VehicularTechnology，Jan.2001，Vol.50，No.1，pp.234-243.②“FFT-based CDMA RAKEreceiver system and method，”United States Patent，No.6154443。
(4)時域直接序列擴(kuò)頻信號時頻二維等效解擴(kuò)這種接收方式可以用圖4來描述，接收天線接6收到的信號經(jīng)過射頻處理4模塊18處理后，得到信號s(t)，接著s(t)輸入到離散傅立葉變換(DFTDiscrete Fourier Transform)模塊19，做Nf點的DFT運算(Nf是頻域解擴(kuò)的處理增益)，DFT運算后共輸出Nf路信號，其中第m(m＝1，2，...，Nf)路信號Xkm與βkm和δkm的乘積相乘({βk1，βk2，...，βkNf}是由發(fā)射機(jī)中擴(kuò)頻序列{αkNf+1，αkNf2，...，αkNf+Nf}做Nf點的DFT運算得到的，δkm是第m路的權(quán)重因子，m＝1，2，...，Nf，k＝0，1，...，Nt，Nt代表時域解擴(kuò)的處理增益)，相乘后得到Y(jié)km，然后根據(jù)信道估計模塊20的輸出Hkm對信號Ykm進(jìn)行信道校正，校正后輸出Wkm，通過求和模塊17對Wkm(m＝1，2，...，Nf)進(jìn)行求和，求和后的結(jié)果為Zk(k＝0，1，...，Nt)，接著對Zk進(jìn)行時域解擴(kuò)，時域解擴(kuò)后的輸出為U，最后將U送入判決模塊12進(jìn)行判決，判決后輸出信息比特b(t)的估計值(t)。詳細(xì)內(nèi)容見唐友喜、邵士海所申請的專利“一種直接序列擴(kuò)頻信號的接收方法”，專利申請?zhí)?00410022547.8。
現(xiàn)有的直接序列擴(kuò)頻信號接收方法(技術(shù))，它們的特點是
(1)上述的第一種解擴(kuò)方法，即時域直接序列擴(kuò)頻信號時域直接解擴(kuò)，無法分辨多徑信號，徑間干擾大，抗信道的多徑衰落及多普勒頻移效果較差；(2)采用RAKE解擴(kuò)接收技術(shù)雖然可以利用多徑信號的能量，但是可分辨的徑數(shù)受限，徑間干擾很大，并且每一條支路都需要捕獲跟蹤模塊，系統(tǒng)過于復(fù)雜；(3)時域直接序列擴(kuò)頻信號頻域等效解擴(kuò)的方式，信道估計復(fù)雜，信道估計不精確，接收機(jī)性能受限。且當(dāng)DFT運算的點數(shù)N較大時，對DFT芯片要求較高，增大了系統(tǒng)開銷，使得接收機(jī)成本提高。
(4)時域直接序列擴(kuò)頻信號時頻二維等效解擴(kuò)，它可以降低徑間干擾的影響，DFT運算一次性處理的信號所對應(yīng)的時間長度可以控制在較短的時間內(nèi)，提高了信道估計的精度，但是當(dāng)信道的相鄰徑之間的延時較大且各徑功率衰減不明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較大時，時頻二維等效解擴(kuò)需要的DFT(FFT)的點數(shù)Nf較大，實現(xiàn)相對復(fù)雜，不能充分利用各徑的能量，對提高系統(tǒng)的誤碼率性能不利。
據(jù)發(fā)明人所知，現(xiàn)有的解擴(kuò)接收技術(shù)中還沒有綜合上述任何二種解擴(kuò)技術(shù)的優(yōu)點對直接序列擴(kuò)頻信號進(jìn)行解擴(kuò)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種直接序列擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)方法，按照本發(fā)明方法組成的直接序列擴(kuò)頻信號解擴(kuò)接收系統(tǒng)可以根據(jù)信道的多徑情況及通信協(xié)議選擇RAKE接收機(jī)或者時頻二維接收機(jī)對直接序列擴(kuò)頻信號進(jìn)行解擴(kuò)接收，可以充分利用RAKE接收機(jī)和時頻二維接收機(jī)的優(yōu)點，降低接收機(jī)的復(fù)雜度，延長待機(jī)時間，提高整個通信系統(tǒng)的性能。
為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先對以下模塊做一個解釋說明，如圖5所示(1)多徑時間同步模塊26的功能是對接收信號r(t)進(jìn)行捕獲跟蹤，多徑時間同步模塊輸出多徑中可分辨徑的到達(dá)時間、可分辨徑的功率等信息；(2)多徑索引模塊27的功能是通過多徑時間同步模塊26輸出的多徑中可分辨徑的到達(dá)時間、可分辨徑的功率輸出多徑索引圖案信息(多徑索引圖案信息是指將信道多徑中可分辨徑的到達(dá)時間與相應(yīng)徑的功率對應(yīng)起來，如圖6、圖7所示，{τ1，τ2，...，τL}代表可分辨徑的到達(dá)時間，{P1，P2，...，PL}是與{τ1，τ2，...，τL}對應(yīng)的相應(yīng)徑的功率)；(3)通信協(xié)議分析模塊29的功能是對接收信號r(t)進(jìn)行通信協(xié)議分析，輸出通信協(xié)議分析的結(jié)果q；(4)接收方式選擇模塊28的功能是根據(jù)多徑索引圖案信息p通過開關(guān)A對接收機(jī)進(jìn)行選擇，其進(jìn)行選擇的依據(jù)是多徑索引圖案中徑間的相對時間間隔大小、功率衰減程度或者信道的根均方時延擴(kuò)展的大小、通信協(xié)議分析結(jié)果，如果多徑索引圖案中徑間的相對時間間隔較小、功率衰減明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較小(如圖6所示)且通信協(xié)議分析信號q允許，那么選擇時頻二維接收機(jī)24對接收信號r(t)進(jìn)行解擴(kuò)接收，若通信協(xié)議分析信號q不允許，則選擇RAKE接收機(jī)解擴(kuò)接收；如果多徑索引圖案中徑間的相對時間間隔較大且功率衰減不明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較大(如圖7所示)，那么選擇RAKE接收機(jī)11對接收信號r(t)進(jìn)行解擴(kuò)接收。具體的相對時間間隔大小、功率衰減程度或者根均方時延擴(kuò)展大小的定量判斷標(biāo)準(zhǔn)視不同的通信系統(tǒng)性能指標(biāo)參數(shù)而定。
需要說明的是，上述模塊的實現(xiàn)對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是熟知的。
本發(fā)明提供的一種直接序列擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)方法，它包括接收天線6、射頻處理5模塊25、多徑時間同步模塊26、多徑索引模塊27、接收方式選擇模塊28、通信協(xié)議分析模塊29、RAKE接收機(jī)11、時頻二維接收機(jī)24、判決模塊12，接收方式選擇模塊28的開關(guān)接點A，RAKE接收機(jī)11的開關(guān)選擇接點B、E，時頻二維接收機(jī)24的開關(guān)選擇接點C、F，判決模塊12的開關(guān)接點D，如圖5所示。
本發(fā)明提供的一種直接序列擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)方法，包括下面的步驟射頻處理步驟 接收天線6收到的信號經(jīng)過射頻處理5模塊25處理后，得到信號r(t)，射頻處理的目的就是使信號r(t)能夠滿足后級電路的處理要求；其特征是它還包括下面的步驟多徑時間同步步驟 將射頻處理步驟輸出的信號r(t)輸入到多徑時間同步模塊26，多徑時間同步模塊26從信號r(t)中提取所需要的多徑時間同步信息，所述的多徑時間同步信息可以是多徑中可分辨徑的到達(dá)時間、可分辨徑的功率信息等，然后多徑時間同步模塊26輸出多徑時間同步信息e；多徑索引步驟 經(jīng)過多徑時間同步步驟后得到的信號e輸入到多徑索引模塊27中，多徑索引模塊27通過信號e得到信道的多徑索引圖案信息p(多徑索引圖案信息是指將信道多徑中可分辨徑的到達(dá)時間與相應(yīng)徑的功率對應(yīng)起來，如圖6、圖7所示，{τ1，τ2，...，τL}代表可分辨徑的到達(dá)時間，{P1，P2，...，PL}是與{τ1，τ2，...，τL}對應(yīng)的相應(yīng)徑的功率)，輸出多徑索引圖案信息p；通信協(xié)議分析步驟 將射頻處理步驟輸出的信號r(t)輸入到通信協(xié)議分析模塊29，通信協(xié)議分析模塊29對信號r(t)進(jìn)行通信協(xié)議分析，將協(xié)議分析的結(jié)果q輸出；接收方式選擇步驟 多徑索引步驟輸出的信號p和通信協(xié)議分析步驟輸出的信號q均輸入到接收方式選擇模塊28，接收方式選擇模塊28根據(jù)多徑索引圖案信息p和協(xié)議分析的結(jié)果q通過接收方式選擇模塊28的開關(guān)接點A對接收機(jī)進(jìn)行選擇。當(dāng)多徑索引圖案中徑間的相對時間間隔較小、功率衰減明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較小(如圖6所示)且通信協(xié)議分析信號q允許時，接收方式選擇模塊將接收方式選擇模塊28的開關(guān)接點A與時頻二維接收機(jī)24的開關(guān)選擇接點C點接通，選擇時頻二維接收機(jī)24對接收信號r(t)進(jìn)行解擴(kuò)接收；當(dāng)多徑索引圖案中徑間的相對時間間隔較大且功率衰減不明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較大時(如圖7所示)，接收方式選擇模塊將接收方式選擇模塊28的開關(guān)接點A與RAKE接收機(jī)11的開關(guān)選擇接點B點接通，選擇RAKE接收機(jī)11對接收信號r(t)進(jìn)行解擴(kuò)接收；解擴(kuò)接收步驟 按照接收方式選擇步驟所選擇的接收機(jī)類型對接收信號r(t)進(jìn)行解擴(kuò)接收，解擴(kuò)接收后輸出判決變量信號U；判決步驟 根據(jù)接收方式選擇步驟中接收方式選擇模塊28的開關(guān)A的選擇接通結(jié)果，判決模塊12的開關(guān)接點D選擇所對應(yīng)的接通點(如果接收方式選擇模塊28的開關(guān)接點A與RAKE接收機(jī)11的開關(guān)選擇接點B點接通，則判決模塊12的開關(guān)接點D選擇與RAKE接收機(jī)11的開關(guān)選擇接點E點接通；如果接收方式選擇模塊28的開關(guān)接點A與時頻二維接收機(jī)24的開關(guān)選擇接點C點接通，則判決模塊12的開關(guān)接點D選擇與時頻二維接收機(jī)24的開關(guān)選擇接點F點接通)。判決模塊12的開關(guān)接點D選擇接通后，將解擴(kuò)接收步驟得到的判決變量信號U輸入到判決模塊12進(jìn)行判決(或稱解調(diào))，判決后輸出信息比特b(t)的估計值(t)。
經(jīng)過以上步驟后，就可以完成對直接序列擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)接收，在接收端得到發(fā)射端信息b(t)的估計值(t)。
需要說明的是所述的射頻處理5模塊25可以根據(jù)不同的接收機(jī)接收需要做靈活的設(shè)置，其作用是使經(jīng)過射頻處理5模塊25處理后的信號能夠滿足后級電路的處理需要。
所述的多徑時間同步模塊26輸出的多徑中可分辨徑的到達(dá)時間、可分辨徑的功率等信息e不僅可以為多徑索引模塊27提供輸入信息，也可以通過接收方式選擇模塊將多徑時間同步模塊26輸出的信息e傳遞給RAKE接收機(jī)11，這樣就可以省去RAKE接收機(jī)中的捕獲跟蹤模塊8或者捕獲跟蹤模塊8直接利用多徑時間同步模塊26輸出的信息e。
所述的通信協(xié)議分析是指識別通信系統(tǒng)的通信協(xié)議體制，利用該協(xié)議體制可以選擇適合此通信協(xié)議的接收機(jī)。對于某些通信系統(tǒng)來說(如cdma2000系統(tǒng))，可以省去通信協(xié)議分析模塊。
所述的兩種候選接收機(jī)類型(RAKE接收機(jī)和時頻二維接收機(jī))并不是唯一的，也可以選用其它類型的接收機(jī)，其實質(zhì)是根據(jù)多徑索引圖案選擇恰當(dāng)?shù)慕邮諜C(jī)，使整個通信系統(tǒng)的性能有所提高。
所述的接收方式選擇模塊28的開關(guān)接點A和判決模塊12的開關(guān)接點D可以是具有某種硬件性質(zhì)的物理開關(guān)，也可以是具有某種軟件性質(zhì)的開關(guān)(如通過軟件程序進(jìn)行電路選擇)，接收方式選擇模塊28的開關(guān)接點A和判決模塊12的開關(guān)接點D的作用是根掘接收方式選擇模塊28的選擇結(jié)果對電路進(jìn)行選通。
本發(fā)明并沒有特定說明發(fā)射機(jī)中信息比特b(t)的處理方式，如果在發(fā)射機(jī)中對原始的信息比特做了某些處理(如，加密、信源編碼、糾錯編碼、信道編碼、交織等)，那么在本發(fā)明的接收機(jī)中也可在后級電路中對這些處理進(jìn)行反處理(解密、解碼、去交織等)，這些并不影響本發(fā)明的一種根據(jù)信道多徑情況對直接序列擴(kuò)頻信號進(jìn)行解擴(kuò)的方法的核心思想。
本發(fā)明是一種根據(jù)信道多徑情況及通信協(xié)議對多徑信道中的直接序列擴(kuò)頻信號進(jìn)行解擴(kuò)的方法，它對直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射機(jī)并沒有特殊的要求。
本發(fā)明的工作過程如圖5所示，接收天線6收到的信號經(jīng)過射頻處理5模塊25處理后，得到信號r(t)。信號r(t)輸入到多徑時間同步模塊26和通信協(xié)議分析模塊29，多徑時間同步模塊26從信號r(t)中提取所需要的多徑時間同步信息，然后多徑時間同步模塊26輸出多徑時間同步信息e，通信協(xié)議分析模塊29通過r(t)進(jìn)行通信協(xié)議分析，輸出信號q。多徑索引模塊27通過信號e得到信道的多徑索引圖案信息p，然后將多徑索引圖案信息p和信號q均輸入到接收方式選擇模塊28，接收方式選擇模塊28根據(jù)多徑索引圖案信息p和信號q通過接收方式選擇模塊28的開關(guān)接點A對接收機(jī)進(jìn)行選擇，如果多徑索引圖案中徑間的相對時間間隔較小、功率衰減明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較小(如圖6所示)且通信協(xié)議分析信號q允許，那么接收方式選擇模塊將接收方式選擇模塊28的開關(guān)接點A與時頻二維接收機(jī)24的開關(guān)選擇接點C點接通，選擇時頻二維接收機(jī)24對接收信號r(t)進(jìn)行解擴(kuò)接收；如果多徑索引圖案中徑間的相對時間間隔較大且功率衰減不明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較大(如圖7所示)，那么接收方式選擇模塊將接收方式選擇模塊28的開關(guān)接點A與RAKE接收機(jī)11的開關(guān)選擇接點B點接通，選擇RAKE接收機(jī)11對接收信號r(t)進(jìn)行解擴(kuò)接收。用所選擇的接收機(jī)類型對接收信號r(t)進(jìn)行解擴(kuò)接收，解擴(kuò)接收后輸出判決變量信號U。根據(jù)接收方式選擇步驟中接收方式選擇模塊28的開關(guān)A的選擇接通結(jié)果，判決模塊12的開關(guān)接點D選擇所對應(yīng)的接通點(如果接收方式選擇模塊28的開關(guān)接點A與RAKE接收機(jī)11的開關(guān)選擇接點B點接通，則判決模塊12的開關(guān)接點D選擇與RAKE接收機(jī)11的開關(guān)選擇接點E點接通；如果接收方式選擇模塊28的開關(guān)接點A與時頻二維接收機(jī)24的開關(guān)選擇接點C點接通，則判決模塊12的開關(guān)接點D選擇與時頻二維接收機(jī)24的開關(guān)選擇接點F點接通)。判決模塊12的開關(guān)接點D選擇接通后，將判決變量信號U輸入到判決模塊12進(jìn)行判決，判決后輸出信息比特b(t)的估計值(t)。
本發(fā)明的創(chuàng)新之處根據(jù)通信信道的實時變化情況及通信協(xié)議分析的結(jié)果，選擇合適的接收機(jī)對直接序列擴(kuò)頻信號進(jìn)行解擴(kuò)接收，當(dāng)徑間的相對時間間隔較大且功率衰減不明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較大時，選擇RAKE接收機(jī)對直接序列擴(kuò)頻信號進(jìn)行解擴(kuò)接收，這樣就利用了RAKE接收機(jī)可以分辨多徑信號的優(yōu)點，使多徑信號得以充分利用，有助于接收信號的信噪比提高和改善系統(tǒng)的誤碼率性能；當(dāng)徑間的相對時間間隔較小且功率衰減明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較小時，選擇時頻二維接收機(jī)，這樣就發(fā)揮時頻二維接收機(jī)低復(fù)雜度、充分利用接收信號的所用能量、抗徑間干擾、延長待機(jī)時間等優(yōu)勢，有利于整個通信系統(tǒng)的性能改善。
本發(fā)明的實質(zhì)本發(fā)明通過多徑索引信息，對直接序列擴(kuò)頻信號進(jìn)行解擴(kuò)接收，在徑間的相對時間間隔較大且功率衰減不明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較大時，選擇RAKE接收機(jī)對直接序列擴(kuò)頻信號進(jìn)行解擴(kuò)接收，這樣就利用了RAKE接收機(jī)可以分辨多徑信號的優(yōu)點，使多徑信號得以充分利用，有助于接收信號的信噪比提高和改善系統(tǒng)的誤碼率性能；在徑間的相對時間間隔較小且功率衰減明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較小時，選擇時頻二維接收機(jī)，這樣就發(fā)揮時頻二維接收機(jī)低復(fù)雜度、充分利用接收信號的所用能量、抗徑間干擾、延長待機(jī)時間等優(yōu)勢，有利于整個通信系統(tǒng)的性能改善。
按照本發(fā)明方法組成的解擴(kuò)接收系統(tǒng)與現(xiàn)有的其它直接序列擴(kuò)頻信號解擴(kuò)接收系統(tǒng)相比，有如下優(yōu)點(1)由于本發(fā)明可以根據(jù)信道的多徑索引圖案選擇RAKE接收機(jī)或者時頻二維接收機(jī)對直接序列擴(kuò)頻信號進(jìn)行解擴(kuò)接收，可以充分利用兩者的優(yōu)點，克服傳統(tǒng)的單一解擴(kuò)接收方式的不足；(2)根據(jù)大多數(shù)環(huán)境下的信道的統(tǒng)計特性可知，一般徑間的相對時間間隔較小(一般小于一個信息比特的持續(xù)時間T)且功率衰減明顯(一般呈指數(shù)衰減規(guī)律)或者信道的根均方時延擴(kuò)展較小，這時本發(fā)明選擇的是時頻二維接收機(jī)，這樣就可以充分利用接收信號的所用能量、抗徑間干擾，相對單一的RAKE接收機(jī)來說，可以避免每一條之路的捕獲跟蹤，降低了系統(tǒng)開銷，尤其是節(jié)約電池能量，延長了電池的使用時間和待機(jī)時間；(3)當(dāng)信道的徑間的相對時間間隔較大且功率衰減不明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較大時，時頻二維接收機(jī)由于不能分辨多徑信號，無法在一個比特持續(xù)時間T內(nèi)充分利用多徑能量，造成誤碼率性能的下降，這時本發(fā)明選擇的是RAKE接收機(jī)，這樣就可以利用RAKE接收機(jī)可以分辨多徑信號的優(yōu)點，使多徑信號得以充分利用，有助于接收信號的信噪比提高和改善通信系統(tǒng)的誤碼率性能。
綜上所述，采用本發(fā)明所提出的一種直接序列擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)方法，它可以充分利用接收信號的所有能量，降低徑間干擾的影響，降低系統(tǒng)開銷，有利于系統(tǒng)誤碼率性能的改善。
附圖及


圖1是現(xiàn)有的直接序列擴(kuò)頻信號發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)模型其中，1是PN序列發(fā)生器模塊，2是乘法器模塊，3是發(fā)射機(jī)的本地載波模塊，4是射頻處理1模塊，5是發(fā)射天線，b(t)是發(fā)射的信息比特，αn是發(fā)射機(jī)的擴(kuò)頻序列元素，1≤n≤N，d(t)是經(jīng)過擴(kuò)頻后的信號。
圖2是現(xiàn)有的RAKE解擴(kuò)接收的系統(tǒng)模型其中，6是接收天線，7是射頻處理2模塊，2是乘法器，8是捕獲跟蹤，1是PN序列發(fā)生器，9是積分器，10是合并器，11是RAKE接收機(jī)，12是判決，y(t)是經(jīng)過射頻處理2模塊7輸出的信號，τl(1≤l≤L)是捕獲跟蹤模塊輸出的系統(tǒng)同步信號，ατl(1≤l≤L)是PN序列發(fā)生器輸出的解擴(kuò)序列，xl(1≤l≤L)是經(jīng)過乘法器后輸出的信號，wl(1≤l≤L)是各支路的權(quán)重因子，zl(1≤l≤L)是通過乘法器與wl(1≤l≤L)相乘后的輸出信號，(t)是對發(fā)射的信息比特b(t)的估計值。
圖3是現(xiàn)有的時域直接序列擴(kuò)頻信號頻域等效解擴(kuò)接收的系統(tǒng)模型其中，6是接收天線，13是射頻處理3模塊，14是DFT，15是基于導(dǎo)引的信道估計，2是乘法器，16是信道校正模塊，17是求和模塊，12是判決模塊，c(t)是射頻處理3輸出的信號，Xm(1≤m≤N)是DFT模塊的輸出信號，βn(1≤m≤N)是頻域解擴(kuò)因子，Ym(1≤m≤N)是乘法器模塊的輸出信號，Hm(1≤m≤N)是基于導(dǎo)引的信道估計模塊的輸出信號，Wm(1≤m≤N)是信道校正模塊的輸出信號，U是求和模塊的輸出信號，(t)是對發(fā)射的信息比特b(t)的估計值。
圖4是現(xiàn)有的時頻二維等效解擴(kuò)系統(tǒng)模型其中，6是接收天線，18是射頻處理4，19是DFT模塊，20是信道估計模塊，2是乘法器模塊，21是信道校正模塊，22是求和模塊，23是時域解擴(kuò)模塊，24是時頻二維接收機(jī)，12是判決模塊，s(t)是射頻處理4輸出的信號，Xkm(1≤m≤Nf)是DFT模塊的輸出信號，βkm(1≤m≤Nf)是頻域解擴(kuò)因子，δkm(1≤m≤Nf)是權(quán)重因子，Ykm(1≤m≤Nf)是乘法器模塊的輸出信號，Hkm(1≤m≤Nf)是信道估計模塊的輸出信號，Wkm(1≤m≤Nf)是信道校正模塊的輸出信號，Zk(0≤k≤Nt-1)是求和模塊的輸出信號，U是時域解擴(kuò)模塊的輸出信號，(t)是對發(fā)射的信息比特b(t)的估計值。
圖5是本發(fā)明提供的直接序列擴(kuò)頻信號解擴(kuò)方法的系統(tǒng)模型6是接收天線，25是射頻處理5，26是多徑時間同步模塊，27是多徑索引模塊，28是接收方式選擇模塊，29是通信協(xié)議分析模塊，11是RAKE接收機(jī)，24是時頻二維接收機(jī)，12是判決模塊，r(t)是射頻處理5輸出的信號，e是多徑時間同步模塊的輸出信號，p是多徑索引模塊的輸出信號，A、D是電路選擇開關(guān)接點，B、C、E、F是電路接通點，U是接收機(jī)輸出的判決變量信號，(t)是對發(fā)射的信息比特b(t)的估計值。
圖6是徑間的相對時間間隔較小且功率衰減明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較小時的多徑索引圖案其中，{τ1，τ2，...，τL}代表可分辨徑的到達(dá)時間，{P1，P2，...，PL}是與{τ1，τ2，...，τL}對應(yīng)的相應(yīng)徑的功率。
圖7是徑間的相對時間間隔較大且功率衰減不明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較大時的多徑索引圖案其中，{τ1，τ2，...，τL}代表可分辨徑的到達(dá)時間，{P1，P2，...，PL}是與{τ1，τ2，...，τL}對應(yīng)的相應(yīng)徑的功率。
具體實施例方式
本發(fā)明的根據(jù)信道多徑情況及通信協(xié)議對多徑信道中的直接序列擴(kuò)頻信號進(jìn)行解擴(kuò)的系統(tǒng)模型，如圖5所示，包括接收天線6、射頻處理5模塊25、多徑時間同步模塊26、多徑索引模塊27、接收方式選擇模塊28、通信協(xié)議分析模塊29、RAKE接收機(jī)11、時頻二維接收機(jī)24、判決模塊12，接收方式選擇模塊28的開關(guān)接點A，RAKE接收機(jī)11的開關(guān)選擇接點B、E，時頻二維接收機(jī)24的開關(guān)選擇接點C、F，判決模塊12的開關(guān)接點D。
下面以比特持續(xù)時間T＝500μs，τl＝10(l-1)μs，Pl＝-3(l-1)dB，1≤l≤7，通信協(xié)議分析信號q允許為例，說明本發(fā)明的信號處理步驟，如圖5所示。
射頻處理步驟 接收天線6收到的信號經(jīng)過射頻處理5模塊25處理后，得到信號r(t)，射頻處理的目的就是使信號r(t)能夠滿足后級電路的處理要求；
其特征是它還包括下面的步驟多徑時間同步步驟 將射頻處理步驟輸出的信號r(t)輸入到多徑時間同步模塊26，多徑時間同步模塊26從信號r(t)中提取所需要的多徑時間同步信息，然后多徑時間同步模塊26輸出多徑時間同步信息e；多徑索引步驟 經(jīng)過多徑時間同步步驟后得到的信號e輸入到多徑索引模塊27中，多徑索引模塊27通過信號e得到信道的多徑索引圖案信息p(多徑索引圖案信息是指將信道多徑中可分辨徑的到達(dá)時間與相應(yīng)徑的功率對應(yīng)起來，如圖6所示，τl＝10(l-1)μs代表可分辨徑的到達(dá)時間，Pl＝-3(l-1)dB是與τl對應(yīng)的相應(yīng)徑的功率，1≤l≤7)，輸出多徑索引圖案信息p；通信協(xié)議分析步驟 將射頻處理步驟輸出的信號r(t)輸入到通信協(xié)議分析模塊29，通信協(xié)議分析模塊29對信號r(t)進(jìn)行通信協(xié)議分析，將協(xié)議分析的結(jié)果q輸出；接收方式選擇步驟 多徑索引步驟輸出的信號p和通信協(xié)議分析步驟輸出的信號q均輸入到接收方式選擇模塊28，接收方式選擇模塊28根據(jù)多徑索引圖案信息p和協(xié)議分析信號q通過開關(guān)A對接收機(jī)進(jìn)行選擇。由于多徑索引圖案中徑間的相對時間間隔10μs遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于比特持續(xù)時間T＝500μs、功率Pl＝-3(l-1)dB衰減明顯且通信協(xié)議分析信號q允許，因此接收方式選擇模塊將接收方式選擇模塊28的開關(guān)接點A與時頻二維接收機(jī)24的開關(guān)選擇接點C點接通，選擇時頻二維接收機(jī)24對接收信號r(t)進(jìn)行解擴(kuò)接收；解擴(kuò)接收步驟 按照接收方式選擇步驟所選擇的時頻二維接收機(jī)對接收信號r(t)進(jìn)行解擴(kuò)接收，解擴(kuò)接收后輸出判決變量信號U；判決步驟 判決模塊12的開關(guān)接點D選擇與時頻二維接收機(jī)24的開關(guān)選擇接點F點接通，判決模塊12的開關(guān)接點D選擇接通后，將解擴(kuò)接收步驟得到的判決變量信號U輸入到判決模塊12進(jìn)行判決，判決后輸出信息比特b(t)的估計值(t)。
經(jīng)過以上步驟后，就可以完成對直接序列擴(kuò)頻信號的接收和解擴(kuò)，在接收端得到發(fā)射端的信息比特b(t)的估計值(t)。
按照本發(fā)明具體實施方式
提供的解擴(kuò)接收方法，可以降低現(xiàn)有接收系統(tǒng)的復(fù)雜度，更充分利用接收信號的所有能量，降低徑間干擾的影響，降低系統(tǒng)開銷，延長待機(jī)時間和電池的使用時間，使整個系統(tǒng)的誤碼率性能得到改善。
權(quán)利要求
1.一種直接序列擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)方法，包括下面的步驟射頻處理步驟 接收天線(6)收到的信號經(jīng)過射頻處理5模塊(25)處理后，得到信號r(t)；其特征是它還包括下面的步驟多徑時間同步步驟 將射頻處理步驟輸出的信號r(t)輸入到多徑時間同步模塊(26)，多徑時間同步模塊(26)從信號r(t)中提取所需要的多徑時間同步信息，所述的多徑時間同步信息可以是多徑中可分辨徑的到達(dá)時間、可分辨徑的功率信息等，然后多徑時間同步模塊(26)輸出多徑時間同步信息e；多徑索引步驟 經(jīng)過多徑時間同步步驟后得到的信號e輸入到多徑索引模塊(27)中，多徑索引模塊(27)通過信號e得到信道的多徑索引圖案信息p(多徑索引圖案信息p是指將信道多徑中可分辨徑的到達(dá)時間與相應(yīng)徑的功率對應(yīng)起來)，輸出多徑索引圖案信息p；通信協(xié)議分析步驟 將射頻處理步驟輸出的信號r(t)輸入到通信協(xié)議分析模塊(29)，通信協(xié)議分析模塊(29)對信號r(t)進(jìn)行通信協(xié)議分析，將協(xié)議分析的結(jié)果q輸出；接收方式選擇步驟 多徑索引步驟輸出的信號p和通信協(xié)議分析步驟輸出的信號q均輸入到接收方式選擇模塊(28)，接收方式選擇模塊(28)根據(jù)多徑索引圖案信息p和協(xié)議分析的結(jié)果q通過接收方式選擇模塊(28)的開關(guān)接點A對接收機(jī)進(jìn)行選擇；當(dāng)多徑索引圖案中徑間的相對時間間隔較小、功率衰減明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較小且通信協(xié)議分析信號q允許時，接收方式選擇模塊將接收方式選擇模塊(28)的開關(guān)接點A與時頻二維接收機(jī)(24)的開關(guān)選擇接點C點接通，選擇時頻二維接收機(jī)(24)對接收信號r(t)進(jìn)行解擴(kuò)接收；當(dāng)多徑索引圖案中徑間的相對時間間隔較大且功率衰減不明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較大時，接收方式選擇模塊將接收方式選擇模塊(28)的開關(guān)接點A與RAKE接收機(jī)(11)的開關(guān)選擇接點B點接通，選擇RAKE接收機(jī)(11)對接收信號r(t)進(jìn)行解擴(kuò)接收；解擴(kuò)接收步驟 按照接收方式選擇步驟所選擇的接收機(jī)類型對接收信號r(t)進(jìn)行解擴(kuò)接收，解擴(kuò)接收后輸出判決變量信號U；判決步驟 根據(jù)接收方式選擇步驟中接收方式選擇模塊(28)的開關(guān)A的選擇接通結(jié)果，判決模塊(12)的開關(guān)接點D選擇所對應(yīng)的接通點(如果接收方式選擇模塊(28)的開關(guān)接點A與RAKE接收機(jī)(11)的開關(guān)選擇接點B點接通，則判決模塊(12)的開關(guān)接點D選擇與RAKE接收機(jī)(11)的開關(guān)選擇接點E點接通；如果接收方式選擇模塊(28)的開關(guān)接點A與時頻二維接收機(jī)(24)的開關(guān)選擇接點C點接通，則判決模塊(12)的開關(guān)接點D選擇與時頻二維接收機(jī)(24)的開關(guān)選擇接點F點接通)。判決模塊(12)的開關(guān)接點D選擇接通后，將解擴(kuò)接收步驟得到的判決變量信號U輸入到判決模塊(12)進(jìn)行判決(或稱解調(diào))，判決后輸出信息比特b(t)的估計值(t)；經(jīng)過以上步驟后，就可以完成對直接序列擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)接收，在接收端得到發(fā)射端信息b(t)的估計值(t)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直接序列擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)方法，其特征是所述的多徑時間同步模塊(26)輸出的多徑中可分辨徑的到達(dá)時間、可分辨徑的功率等信息e不僅可以為多徑索引模塊(27)提供輸入信息，也可以通過接收方式選擇模塊(28)將多徑時間同步模塊(26)輸出的信息e傳遞給RAKE接收機(jī)(11)，這樣就可以省去RAKE接收機(jī)中的捕獲跟蹤模塊(8)或者捕獲跟蹤模塊(8)直接利用多徑時間同步模塊(26)輸出的信息e。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直接序列擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)方法，其特征是所述的接收方式選擇模塊(28)的開關(guān)接點A和判決模塊(12)的開關(guān)接點D可以是具有某種硬件性質(zhì)的物理開關(guān)，也可以是具有某種軟件性質(zhì)的開關(guān)(如通過軟件程序進(jìn)行電路選擇)，接收方式選擇模塊(28)的開關(guān)接點A和判決模塊(12)的開關(guān)接點D的作用是根據(jù)接收方式選擇模塊(28)的選擇結(jié)果對電路進(jìn)行選通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直接序列擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)方法，其特征是所述的接收機(jī)類型可以是RAKE接收機(jī)和時頻二維接收機(jī)，也可以選用其它類型的接收機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直接序列擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)方法，它通過多徑索引模塊27輸出的多徑索引圖案信息對直接序列擴(kuò)頻信號進(jìn)行接收方式的選擇，當(dāng)多徑索引圖案信息中徑間的相對時間間隔較小且功率衰減明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較小時采用時頻二維接收機(jī)24解擴(kuò)接收；當(dāng)多徑索引圖案信息中徑間的相對時間間隔較大且功率衰減不明顯或者信道的根均方時延擴(kuò)展較大時采用RAKE接收機(jī)11解擴(kuò)接收，最后通過判決得到信息比特b(t)的估計值(t)。本發(fā)明的接收方法可以降低接收機(jī)的總體復(fù)雜度，降低接收機(jī)的總耗電，提高整個通信系統(tǒng)的性能。
文檔編號H04B1/707GK1705241SQ20041002268
公開日2005年12月7日 申請日期2004年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月3日
發(fā)明者唐友喜, 邵士海 申請人:電子科技大學(xué)