专利名称：用于cdma信号的解扩设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于码分多址(CDMA)信号的解扩设备和方法。
CDMA系统大多分为直接序列(DS)系统和跳频(FH)系统。尽管FH系统还没有广泛应用，而采用标准的DS-CDMA系统在移动通信环境中广泛友谊。尽管频分多址和时分多址系统也用作移动通信标准，DS/CDMA系统已经被采用作为IMT-2000的标准建议，因为，该系统能够比其它系统容易增加所服务用户的数量。
在CDMA系统中，用户数据使用扩频码序列进行扩频并且发射。这样做，可以利用大带宽发射用户数据以便对多干扰信号和多径衰落坚固。为接收扩频信号，应当使用与发射所用相同的扩频码序列。接收扩频信号包括搜索扩频码序列和检测信号的步骤。两个步骤包括对信号去扩频的过程。去扩频信号是将信号大带宽下变频为发射前信号的原来小带宽，因此需要高速信号处理。
IS-95标准建议所推荐的CDMA系统将1.2288MHz信号下变频为9.6KHz信号，所以该系统可以处理比去扩频前数据的原来带宽宽128倍带宽的数据。通常，大带宽数据需要比小带宽数据更快的信号处理。为实现软件无线电CDMA接收机，必须减少在信号处理中产生瓶颈的去扩频计算量。
常规地，在快速信号处理中使用利用存储器的快速初始同步方法。该方法公开在美国专利5768306中。存储器被设计得使所接收信号以1/Tc的频率存储在存储器中(Tc是码片速率)并且以K/Tc的高频率从存储器中读取。尽管以1/Tc的速度接收数据，存储在存储器中的数据以K/Tc的高速率读取并且处理，以便对许多信号同时进行有关搜索的信号处理。尽管提供该方法用于在快速时钟操纵的搜索设备中同时搜索许多相位信号，它不减少计算量。
因此，希望在实时信号检测期间减少计算量。如果用硬件实现信号检测，需要高时钟速率，产生许多热量。许多热量的产生引起硬件的高功耗，硬件的使用不适合于利用CDMA信号的移动接收机。因此，需要减少信号检测的计算量，更具体地，希望减少对所接收CDMA信号去扩频的计算量。
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种去扩频设备和方法，用于当对所接收CDMA信号去扩频时使用通过执行同相和正交导频伪噪声序列(PN)码的预定运算所获得的数值从所接收码分多址(CDMA)信号中获得导频码元和数据码元。
因此，为实现本发明的上述目的，一方面提供用于去扩频CDMA信号的一种设备。当内部产生第一和第二码时，该设备对所接收CDMA信号和第一和第二码执行预定运算以从所接收CDMA信号中提取导频码元和数据码元。该设备包括一个相关单元，用于对所接收信号的各个同相和正交分量和第一码的各个同相和正交分量执行运算，并且将运算结果根据从第一和第二码所获得的第一和第二选择信号累加存储，包括一个抽取器用于在相关单元对单个运算结果分别累加预定次数之后输出各个累加值，还包括一个码元输出单元用于对抽取器输出的各个值执行预定运算以输出导频码元和数据码元。
另一方面，提供一种对CDMA信号去扩频的方法，其中当在CDMA信号接收机中内部产生第一和第二码时，执行对所接收信号和第一和第二码执行预定运算从所接收CDMA信号中提取导频码元和数据码元。该方法包括步骤(a)对所接收信号的各个同相和正交分量和第一码的各个同相和正交分量执行运算，(b)根据从第一和第二码所获得的第一和第二选择信号对运算结果累加存储预定次数，和(c)在分别累加和输出导频码元和数据码元之后对各个累加值执行预定运算。
也提供一种对CDMA信号去扩频的方法，其中当在CDMA信号接收机中内部产生第一和第二码时执行对所接收信号和第一和第二码的预定运算。该方法包括步骤(a)根据第一码和第二码组合将一个码元的数据分组；(b)针对每组数据对所接收信号的同相分量和第一码的同相分量执行预定运算并且在一个码元持续时间期间累加运算的结果，并且同时针对每组数据对所接收信号的正交分量和第一码的正交分量执行预定运算并且在一个码元持续时间期间累加运算的结果；(c)将一组同相分量累加结果与具有相同第二码的其它组的正交分量的累加结果合并，由此获得多个部分和；和(d)对部分和执行预定运算获得导频码元和数据码元。
通过参照附图详细说明优选实施例，本发明的上述目的和优点将更明显，图中
图1是方框图，表示按照本发明实施例的用于码分多址CDMA信号伪噪声(PN)和沃尔什相关器；图2是方框图，表示典型PN和沃尔什相关器；和图3是方框图，表示按照本发明用于CDMA信号的瑞克接收机的一个分支。
此后，将参照附图详细说明本发明的实施例。参照图1，按照本发明用于码分多址CDMA的伪噪声PN和沃尔什相关器包括一个选择信号发生器10、一个PN相关器20和一个累加单元30。
选择信号发生器10输出由导频PN码发生器(未示出)产生的导频PN码同相分量和正交分量的异或结果。
PN相关器20包括一个第一异或单元21用于对所接收信号的同相分量和导频PN码的同相分量进行异或，一个第二异或单元22用于对所接收信号的正交分量和导频PN码的正交分量进行异或，和第一和第二多路复用器23和24，每个多路复用器用于响应由选择信号发生器10产生的选择信号输出第一和第二异或单元21和22的输出之一。
累加单元30包括一个第一累加器111用于累加第一多路复用器23的输出，一个第二累加器112用于累加第二多路复用器24的输出，第一和第二多路分路器121和122用于按照所接收信号信道产生的沃尔什码W(k)分别输出第一和第二累加器121和122的输出到输出端子之一，锁存单元131、132、133和134分别连接到第一和第二多路分路器121和122的输出端子并且存储第一和第二多路分路器121和122的输出，一个第三多路复用器141用于按照沃尔什码选择锁存单元131和132的输出之一并且将其输出到第一累加器111作为以前输出，和一个第四多路复用器142用于按照沃尔什码选择锁存单元133和134输出之一并且将其输出到第二累加器112作为以前输出。
将描述使用上述结构的CDMA信号的去扩频过程。对CDMA信号去扩频是使用PN去扩频和沃尔什正交覆盖从所接收信号r(k)=ri(k)+jrq(k)中提取导频码元x和数据码元y。在此ri(k)是r(k)的同相分量而rq(k)是r(k)的正交分量。一个数据码元用于数据解调，而一个导频码元用于频差估计、分支锁相解调和信道估计。当pi(k)是导频码PN的同相分量而pq(k)是导频码PN的正交分量时，导频码元x可以由公式1表示x=xi+jxq-Σk=164(ri(k)+jrq(k))(pi(k)-jpq(k))]]>=-Σk=164{ri(k)pi(k)+rq(k)pq(k)+j(-ri(k)pq(k)+rq(k)pi(k))}···(1)]]>=Σk=164{u(k)+jv(k)}]]>其中xi是导频码元x的同相分量而xq是导频码元x的正交分量。当w(k)是沃尔什码时，数据码元y可以用公式2表示。y=yi+jyq=Σk=164w(k)(ri(k)jrq(k))(pi(k)-jpq(k))]]>=Σk=164{w(k)u(k)+jw(k)v(k)}···(2)]]>其中yi是数据码元y的同相分量而yq是数据码元y的正交分量。根据公式1和公式2，u(k)和v(k)可以表示如下。u(k)=ri(k)pi(k)+rq(k)pq(k)v(k)=--ri(k)pq(k)+rq(k)pi(k)…(3)对于公式1、2和3的计算，应当执行6x64次加法。图2是方框图，表示用于执行公式1到3的典型PN和沃尔什相关器。图2的PN和沃尔什相关器包括第一到第四或非单元200、201、202和203用于对所接收信号的同相和正交分量和PN导频码的同相和正交分量进行异或；第一和第二加法器210和211用于将第一到第四异或单元200、201、202和203的输出选择性地相加以输出公式3的结果；一个第一累加器231用于累加第一加法器210的输出；一个第二累加器231用于累加第二加法器211的输出；第一和第二锁存单元240和241用于分别存储第一和第二累加器230和231的输出，并且将所存储数值分别输出给第一和第二累加器230和231；第五和第六异或单元220和221用于对分别对第一和第二加法器210和211的输出与沃尔什码异或；一个第三累加器232用于对第五异或单元220的输出累加；一个第三累加器233用于对第六异或单元221的输出累加；并且第三和第四锁存单元242和243用于分别存储第三和第四累加器232和233的输出并且将所存储的数值分别输出给第三和第四累加器232和233。
图2的PN和沃尔什相关器使用6个加法器和4个锁存单元。这4个锁存单元用在每个码片。对于64个码片组成的一个码元周期，执行6x64次加法。如果加法器数量减少到1/3，锁存单元的数量增加23倍。因此，希望更加减少计算量。
为减少计算量，本发明将一个码元按照导频码和沃尔什码分成预定数量的组，从每个组中提取一个导频码元和一个数据码元，并且合并所提取的数值。
一个码元的数据可以如同公式4所示分组。K1={k｜pi(k)·pq(k)=1,w(k)=1,k=1,2,…,64}K2={k｜pi(k)·pq(k)=1,w(k)=-1,k=1,2,…,64}K3={k｜pi(k)·pq(k)=-1,w(k)=1,k=1,2,…,64}…(4)K4={k｜pi(k)·pq(k)=-1,w(k)=-1,k=1,2,…,64}每个组的导频码元x和数据码元y可以由公式5表示。X=Σk∈k1{u(k)+jv(k)}+Σk∈k2{u(k)+jv(k)}]]>+Σk∈k3{u(k)+jv(k)}+Σk∈k4{u(k)+jv(k)}]]>y=Σk∈k1{w(k)u(k)+jw(k)v(k)}+Σk∈k2{w(k)u(k)+jw(k)v(k)}···(5)]]>+Σk∈k3{w(k)u(k)+jw(k)v(k)}+Σk∈k4{w(k)u(k)+jw(k)v(k)}]]>对于数据k,k∈Kj,如果部分累加数值的同相分量和正交分量分别表示为Si1和Sq1，它们可以有公式6表示。Si1=Σk∈k1ri(k)pi(k)=Σk∈k1ri(k)w(k)pi(k)=Σk∈k1ri(k)pq(k)=Σk∈k1ri(k)w(k)pq(k)]]>Sq1=Σk∈k1rq(k)pq(k)=Σk∈k1rq(k)w(k)pq(k)=Σk∈k1rq(k)pi(k)=Σk∈k1rq(k)w(k)pi(k)]]>…(6)对于数据k,k∈K2，如果部分累加数值的同相分量和正交分量分别表示为Si2和Sq2，它们可以有公式7表示。Si2=Σk∈k2ri(k)pi(k)=-Σk∈k2ri(k)w(k)pi(k)=Σk∈k2ri(k)pq(k)=-Σk∈k2ri(k)w(k)pq(k)]]>Sq2=Σk∈k2rq(k)pq(k)=-Σk∈k2rq(k)w(k)pq(k)=Σk∈k2rq(k)pi(k)=-Σk∈k2rq(k)w(k)pi(k)]]>…(7)对于数据k,k∈K3，如果部分累加数值的同相分量和正交分量分别表示为Si2和Sq2，它们可以有公式8表示。Si3=Σk∈k3ri(k)pi(k)=Σk∈k3ri(k)w(k)pi(k)=-Σk∈k3ri(k)pq(k)=-Σk∈k3ri(k)w(k)pq(k)]]>Sq3=Σk∈k3rq(k)pq(k)=Σk∈k3rq(k)w(k)pq(k)=-Σk∈k3rq(k)pi(k)=-Σk∈k3rq(k)w(k)pi(k)]]>…(8)对于数据k,k∈K4，如果部分累加数值的同相分量和正交分量分别表示为Si2和Sq2，它们可以有公式9表示。Si4=Σk∈k4ri(k)pi(k)=-Σk∈k4ri(k)w(k)pi(k)=-Σk∈k4ri(k)pq(k)=Σk∈k4ri(k)w(k)pq(k)]]>Sq4=Σk∈k4rq(k)pq(k)=-Σk∈k4rq(k)w(k)pq(k)=-Σk∈k4rq(k)pi(k)=Σk∈k4rq(k)w(k)pi(k)]]>…(9)公式5到9可以排列成公式10所示的矩阵。 其中S1iq=S1i+S3q,S2iq=S2i+S4q,S1qi=S1q+S3i和S2qi=S2q+S4i。换句话说，导频码元和数据码元可以通过执行对上述矩阵S1iq,S2iq,S1qi和S2qi的快速哈达马变换获得。因此，需要2x64+8次加法。
当对任意k的S1iq,S2iq,S1qi和S2qi由S1iq(k),S2iq(k),S1qi(k)和S2qi(k)分别表示时，它们的数值可以如下计算。
当，k∈K1和k∈K2的数据分组块被改变成为k∈K3和k∈K4的数据分组块时，加数被改变。当k∈K1和k∈K3的数据分组块被改变为k∈K2和k∈K4的数据分组块时，锁存单元被改变。
提供图1的PN和沃尔什相关器执行按照公式11的运算。选择信号发生器10对所接收信号的同相分量ri(k)和PN导频码的同相分量pi(k)进行异或。第二异或单元22对所接收信号的正交分量rq(k)和PN导频码的正交分量pq(k)进行异或。第一和第二多路复用器23和24的每个响应选择信号发生器10的输出选择第一和第二异或单元21和22的输出之一。
第一和第二累加器111和112将第一和第二多路复用器23和24的各个输出与存储在锁存单元131到134中的以前输出相加。第一累加器111的累加数值通过具有沃尔什码w(k)作为选择信号的第一多路分路器121被存储在锁存单元131和132之一中。第二累加器112的累加数值通过具有沃尔什码w(k)作为选择信号的第二多路分路器122被存储在锁存单元133和134之一中。存储在锁存单元131到134中的数值分别通过具有沃尔什码作为选择信号的第三和第四多路复用器141和142输出给第一和第二累加器111和112。
图3是方框图，表示按照本发明用于CDMA信号的瑞克接收机的一个分支。图3的分支包括一个PN和沃尔什相关器300，一个数据抽取器302，一个矩阵算法单元304，一个码元速率导频滤波器306和一个码元处理器308。
在具有上述结构的分支工作中，通过天线所接收CDMA信号作为RF信号被处理进行IF下变频，并且然后输出给PN和沃尔什相关器300。PN和沃尔什相关器300是图1所示的设备，并且如上所述工作。每一个码元周期抽取器输出从PN和沃尔什相关器300所接收的的S1iq,S2iq,S1qi和S2qi。
矩阵算法单元304在每个码元周期执行公式10中描述的对抽取器302输出的S1iq,S2iq,S1qi和S2qi的矩阵运算，以产生数据码元和准时导频码元。该矩阵运算按照快速哈达马变换执行。
码元速率导频滤波器306滤掉从矩阵算法单元304输出的导频码元。在此，最好使用移动平均滤波器作为码元速率导频滤波器306。通过使用该滤波器，可以消除噪声。
码元处理器308中心典型的频偏补偿，信道补偿和数据码元处理，对从码元速率导频滤波器306输出的导频码元和从矩阵算法单元304输出的数据码元进行分集合并。
按照本发明，当对所接收信号进行去扩频时，一个码元的数据按照PN导频码和沃尔什码分组，并且对每个组累加所接收信号和PN导频码的乘积，由此将加法数量从6x64减少到2x64+8。另外，即使减少计算量也可以使用常规技术中所使用的相同数量锁存单元。由于相关器因计算量减少而可以用较低时钟速率驱动，可以减少那边产生的热量和功率消耗。因此，本发明可以应用于受功耗影响的软件无线电移动终端。
权利要求
1．一种对码分多址(CDMA)信号进行去扩频的设备，当内部产生第一和第二码后嗣，该设备对所接收CDMA信号和第一和第二码执行预定运算，以从所接收CDMA信号中提取导频码元和数据码元，该设备包括一个相关器，用于对所接收信号的各个同相和正交分量和第一码的同相和正交分量执行运算，并且将运算结果根据从第一和第二码所获得的第一和第二选择信号累加存储；一个抽取器，用于在相关单元单独将单个运算结果累加预定次数之后输出所累加的数值；和一个码元输出单元，用于对从抽取器输出的单个数值执行预定运算以输出导频码元和数据码元。
2．按照权利要求1的设备，其中相关单元包括一个第一选择信号发生器，用于对第一码的同相和正交分量执行预定运算以产生第一选择信号；一个相关器，用于对所接收信号的各个同相和正交分量以及第一码的各个同相和正交分量执行预定运算，并且响应第一选择信号选择性地输出运算结果；和一个累加器，用于根据第二选择信号累加相关器的输出。
3．按照权利要求2的设备，其中第一选择信号发生器是用于对第一码的同相和正交分量进行异或的一个异或单元。
4．按照权利要求2的设备，其中相关器包括一个第一异或单元，用于对所接收信号的同相分量和第一码的同相分量进行异或；一个第二异或单元，用于对所接收信号的正交分量和第一码的正交分量进行异或；和第一和第二多路复用器，每个用于接收第一和第二异或单元的输出和响应第一选择信号输出它们之一。
5．按照权利要求4的设备，其中累加器包括第一和第二加法器，用于将第一和第二多路复用器各个输出与根据第二选择信号所选择并且反馈的数值相加；一个第一多路分路器连接到第一加法器并且具有一个输入端子和两个输出端子，第一多路分路器响应第二选择信号将从第一加法器所接收数值输出到两个输出端子之一；一个第二多路分路器连接到第二加法器并且具有一个输入端子和两个输出端子，第二多路分路器响应第二选择信号将从第二加法器所接收数值输出到两个输出端子之一；多个锁存装置分别连接到第一和第二多路分路器的输出端子，多个锁存装置分别锁存第一和第二多路分路器输出的数值；和第三和第四多路复用器，用于根据第二选择信号将多个锁存装置锁存的数值反馈给第一和第二加法器。
6．按照权利要求1到5的设备，其中第二选择信号是第二码。
7．按照权利要求5的设备，其中码元输出单元是用于执行下列运算的算法装置 其中S1iq,S2iq,S1qi和S2qi是锁存装置的输出，xi和xq分别是导频码元的同相和正交分量，而yi和yq分别是数据码元的同相和正交分量。
8．一种对码分多址(CDMA)信号去扩频的方法，其中当在CDMA信号接收机中内部产生第一和第二码时执行对所接收信号和第一和第二码的预定运算以从所接收CDMA信号中提取导频码元和数据码元，该方法包括步骤(a)对所接收信号的各个同相和正交分量以及第一码的各个同相和正交分量执行运算；(b)根据从第一和第二码所获得的第一和第二选择信号将运算结果累加存储预定次数；和(c)单独累加各个运算结果之后执行对各个所累加数值的预定运算并且输出导频码元和数据码元。
9．按照权利要求8的方法，其中第一选择信号是第一码同相和正交分量的异或结果，而第二选择信号是第二码。
10．按照权利要求8的方法，其中步骤(b)中的次数与构成一个码元的码片数量相同。
11．按照权利要求8的方法，其中按照下列公式执行步骤(c)中的运算 其中S1iq,S2iq,S1qi和S2qi是步骤(b)中的累加值，xi和xq分别是导频码元的同相和正交分量，而yi和yq分别是数据码元的同相和正交分量。
12．一种对码分多址(CDMA)信号进行去扩频的方法，其中当在CDMA信号接收机中内部产生第一和第二码时执行对所接收信号和第一和第二码的预定运算以从所接收CDMA信号中提取导频码元和数据码元，该方法包括步骤(a)根据第一码和第二码的组合对一个码元的数据分组；(b)针对每组数据对所接收信号的同相分量和第一码的同相分量执行运算并且在一个码元周期期间累加运算结果，和同时，针对每组数据对所接收信号的正交分量和第一码的正交分量执行运算并且在该码元周期期间累加运算结果；(c)合并一组同相分量的累加结果和具有相同第二码的其它组正交分量的累加结果，由此获得多个部分和；和(d)对部分和执行预定运算以获得导频码元和数据码元。
全文摘要
提供一种对码分多址(CDMA)信号进行去扩频的设备和方法。当内部产生第一和第二码时,该设备对所接收CDMA信号和第一和第二码执行预定运算以从所接收CDMA信号中提取导频码元和数据码元。该设备包括一个相关器用于对所接收信号的各个同相和正交分量以及第一码的同相和正交分量执行运算并且根据从第一和第二码所获得的第一和第二选择信号累加存储运算结果,一个抽取器,和一个码元输出单元。
文档编号H04B1/707GK1304234SQ01101309
公开日2001年7月18日 申请日期2001年1月11日 优先权日2000年1月11日
发明者金成珍, 李康珉 申请人:三星电子株式会社