专利名称：确保与多径信号的同步的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法，用于确保接收单元中收到的DS-CDMA(直接序列码分多址)编码多径信号与所提供的相应码之间的同步。假设这些信号将由发射单元发射，所述发射单元对这些要发射信号应用脉冲整形滤波；并且假设由接收单元接收，所述接收单元在将这些信号提供给多个耙指(Rake finger)之前将匹配的脉冲整形滤波应用于所接收的信号。根据为各多径上的信号传播估计的延迟，将每个耙指与特定一条多径关联。另外，每个耙指使关联多径的接收信号与所提供的码相关，以允许对多径上传播的信号进行码跟踪。本发明还涉及一种相应的软件、一种相应的ASIC(专用集成电路)以及一种相应的接收单元。
发射单元发射的信号可以直接传播到接收单元，但是它们还可能在某些障碍物上被反射并间接地到达接收单元，这导致多径传播。多径信号，即经不同路径到达接收单元的信号，也被称为多径回波或码回波。
经不同路径传播的信号的主要特征在于当达到接收单元时的不同延迟和衰减值。通过考虑相应同步的不同延迟，接收单元可以分别对来自不同路径的信号进行解扩，并且连贯地组合解扩信号，从而获得多径分集。为此，在接收单元中将不同的相关接收机，也就是所谓的耙指分配到不同的延迟位置，进而分配到不同的多径。通常来说，每个耙指有一个用于实现所需同步的码跟踪装置，以在相关之后进行实际的码跟踪。可以根据最有效能量到达接收单元的不同位置为不同耙指分配延迟。
另外，各个耙指可以提供早期、准时和晚期相关结果，从而能够考虑与相应耙指有关的路径上的假定延迟之间的偏移。更具体地说，各个耙指利用唯一CDMA码的三个略为不同的时间偏置，即稍小于假定延迟的时间偏置、对应于假定延迟的时间偏置以及稍大于假定延迟的时间偏置，将接收信号和该唯一CDMA码相关。
但是，对于密集多径的情况，可能存在保持接收信号和用于接收各个多径信号的耙指之间的同步的问题。对于密集多径的情况，由于发射单元和接收单元中所用脉冲整形滤波器的原因，不同路径之间可能互相干扰。这种干扰可妨碍正确同步，因而大大降低码跟踪算法的性能。密集多径一般出现在室内环境中。
用于DS-CDMA系统的传统干扰对消算法只能够消除网络中其它用户引起的干扰，这类干扰也被称为MAI(多址干扰)，并不能消除由脉冲整形滤波器的原因而出现的干扰。
在G.Fock、P.Schultz-Rittich、J.Baltersee和H.Meyr所著题为“DS-CDMA应用中的多径抗相干时间-误差检测器”的论文(IEEESixth International Symposium on spread SpectrumTechniques andApplications，Vol.1，pp.278-282，2000)中已提出一种方法，用于解决由码跟踪的密集多径引起的干扰问题。该论文中提议，在传统TED之后，将补偿项引入EL TED(早晚时间误差检测器)跟踪回路中。这种TED构成标准相干早晚延迟锁定环路。利用有关组合发射和接收滤波器脉冲波形的知识，所有路径的相关延迟的知识以及它们各自的估计信道系数的知识来计算补偿项。这种方法的缺点在于用于计算补偿项所用的信道估计被多径干扰破坏，而实际干扰取决于各个路径的真实无干扰信道系数。由于多径干扰对消被并到码跟踪装置中，所以本文件给出的多径干扰对消技术将不能直接与采用早期、准时、晚期相关的其它不同码跟踪装置一起使用。
J.Baltersee、G.Fock和P.Schultz-Rittich所著题为“一种新颖的用于分离多径信道估计的多径干扰对消方案”的论文中(IEEEVehicular Technology Conference Proceedings，Vol.2，pp.1493-1497，spring 2001)提出了一种方法，用于确定多径无干扰信道估计。在该论文中提议，利用有关组合发射和接收滤波器脉冲波形的知识，TED提供的所有信道的时间估计的知识以及它们的最大似然性信道估计的知识，根据最小均方差(LMMSE)方案来扩充维纳信道估计器，从而减少干扰。LMMSE方法用于获得无干扰的信道系数，而维纳过滤用于获得无干扰信道估计，所述无干扰信道估计将用于组合多径信号。但是该方法不用于码跟踪。另外，由于它基于LMMSE方法，所以相当复杂。
G.Fock、J.Baltersee、P.Schultz-Rittich和H.Meyr所著题为“密集多径环境中分离多径接收机的信道跟踪”的第三篇论文(IEEEJoumal on Selected Areas In Communications，Vol.19，No.12，pp.2420-2431，December 2001)构成一种上述两篇引用论文的组合。
如前言所述，假设多径信号由发射单元发送，该发射单元对要发射的信号应用脉冲整形滤波。发射信号由接收单元接收，在将接收信号提供给耙指之前，该接收单元对它们应用匹配脉冲整形滤波。根据对相应多径上信号传播的估计延迟，将每个耙指与特定一个多径关联。每个耙指还使关联的多径的接收信号与所提供码相关，以实现对在相应多径上传播的信号的码跟踪。
本发明的目的因此通过一种方法达到，所述方法包括第一步骤，用于为接收机的每个耙指估计来自多径信号的干扰，所述多径与接收机的相应其它耙指关联。这种估计根据发射单元和接收单元所用脉冲整形滤波器的已知特征，根据与耙指关联的多径上的估计传播延迟，以及根据各个耙指中的相关结果。作为第二步骤，所提议方法包括从相应耙指中的相关结果减去为该耙指估计的干扰。
本发明的目的还通过相应的接收单元达到，它包括脉冲整形滤波器、多个耙指和用于达到上述方法的处理部件。这些目的同样通过软件达到，包括程序代码，用于当在接收单元的处理单元中运行所述代码时，实现所提供方法的步骤。最后，本发明的目的通过接收单元的ASIC达到，ASIC包括用于实现所提议方法的步骤的部件。
本发明出自这样的思路除了有关脉冲整形滤波器和所有耙指的估计传播延迟的知识之外，当考虑所有耙指的测量相关时，能够有效地降低所考虑的导致密集多径信号的干扰。
与利用信道估计相比，利用测量相关允许更好的多径干扰对消。信道估计的目的是估计所接收多径信号的振幅和相位，并且在估计振幅和相位的同时尽可能多地抑制噪声。为此，通常对准时相关结果应用滤波。信道估计用于组合多径信号，并且如果信道估计有噪声，那么信号的组合也会有噪声。因此，滤波在确定信道估计中是重要的。但是，当估计码跟踪的干扰时，其目的应该是估计不同路径之间如何互相干扰，包括噪声引起的所有影响，因为噪声也通过脉冲整形滤波器干扰其它路径。因此，在估计干扰时利用其中已抑制了干扰的信道估计是不利的。因此，提议利用包括噪声的测量相关来减少干扰，以之代替估计信道系数。
本发明的一个优点是不仅消除来自噪声抑制多径信号的干扰，还消除来自其它收到的噪声多径信号的干扰，其中它们与接收信号稍有不同。因此本发明适于从码跟踪算法用来同步的输入信号去除或抑制由密集多径环境导致的任何干扰。因而可以显著地提高码跟踪算法的性能。
本发明的另一个优点是它能够与任何码跟踪或DLL(延迟锁定回路)算法一起应用。这是可能的，因为干扰对消被移到输入信号，例如早期、准时和晚期输入信号中，码跟踪算法利用这些输入信号进行同步。因此可以采用利用这些输入信号的任何码跟踪装置，无需修改。
本发明的优选实施例从子权利要求中显而易见。
在本发明的优选实施例中，利用常规最大似然性方法或简化的最大似然性方法为每个耙指估计干扰。在这种估计是基于常规最大似然性方法的情况下，本发明比利用LMMSE方法的复杂度要低。在这种估计是基于简化最大似然性方法的情况下，可以实现非常低复杂度的次最佳方案。
有利的是，根据本发明的方法实现为软件，特别是实现为接收单元的DSP(数字信号处理器)软件中的低复杂度算法。在这种情况下，本发明不需要任何特殊硬件。具体地说，根据本发明的方法可以实现为接收单元的层1算法。但应该注意，如上所述，根据本发明的方法同样可以通过硬件装置实现，例如通过ASIC硬件实现。
根据本发明的接收单元可以具体的是基站或移动终端。
图1的框图以概括方式说明了根据本发明的多径干扰算法。从图1说明的算法出发，将描述根据本发明的方法的两个特定实施例。
图1的算法在DS-CDMA系统的接收单元中实现，以支持对接收信号中的码的跟踪。接收单元可以是例如能够UMTS的移动电话。
在DS-CDMA系统中，在发射单元中用唯一扩频码对将要从发射单元发射到接收单元的所有用户数据进行编码。这种码在接收单元中也是已知的。然后，发射单元的脉冲整形滤波器对编码信号进行脉冲整形，并通过空中接口发射。由于障碍物的反射，信号经多个路径、即经多径从发射单元传播到接收单元。
接收单元接收多径信号并将它们提供给脉冲整形滤波器，该滤波器与发射单元所采用的滤波器匹配。接着，对多径信号应用所实现的算法，并将该算法的输出提供给接收单元的码跟踪或DLL算法。
接收单元包括L个耙指，在图1中它们由两个矩形1、2表示，两个矩形之一矩形2被另一矩形1部分覆盖。前面的矩形1表示选定的耙指m，而后面的矩形2表示其它L-1个耙指。后面的矩形2所表示的L-1个耙指的结构与耙指m的结构一致。L个耙指中的每一个与L个多径中的另一个关联，其中在所述多径上，信号在发射单元和接收单元之间传播。
耙指m包括用于已离开接收单元的脉冲整形滤波器的接收信号的输入端。在耙指m中，将这些信号提供给三个单独的处理路径。第一处理路径包括早期相关3以允许码跟踪的同步，其中收到的多径信号与已知信号码相关。将相关结果提供给求和点4。第二路径包括相应的准时相关5。其结果被提供给另一求和点6，而第三路径包括相应的后期相关7，其结果被提供给再一求和点8。将各个求和点的输出提供给耙指m的码跟踪算法，它在图中未示出。
图1还示出了多径干扰估计模块9。该模块接收在L个耙指1、2的准时处理路径中导致相关5的相关值c10…cL0作为输入值。另外，模块9接收耙指1、2关联的L个多径中每一个多径的估计延迟 作为输入值。
多径干扰估计模块9输出L个耙指1、2中每一个耙指的三个处理路径3-8中的每个路径的专用干扰值i1e，i1o，i1e…iLe，iLo，iLl。这些干扰值被提供给相应处理路径3-8的求和点4、6、8。
在本发明的两个实施例中，提供给耙指m的接收信号回波在三个处理路径3-8中的每个路径中与唯一码的本地副本相关。但对于不同处理路径3-8中相应的相关3、5、7，使用唯一码的本地副本的不同时间偏置。这导致了耙指m所谓的早期、准时和晚期相关结果，分别由cme、cmo和cml表示。假设用于计算耙指m的准时相关5的时间偏置等于由 表示的第m个多径上的传播延迟，它一般由码跟踪装置进行估计。当计算早期和晚期相关3、7时，所用时间偏置分别比假设传播延迟 稍小一些和稍大一些。经常在信道估计的第一步中计算准时相关结果cmo，在该步骤中进行第m个多径的振幅和相位估计。因此，计算准时相关通常不需要任何附加复杂度。
来自与其它相应耙指同步的多径上的信号的干扰窜改各个耙指1、2中早期、准时和晚期相关结果。多径干扰计算模块9通过利用有关发射单元和接收单元中脉冲整形滤波器的知识、所有耙指1、2的估计传播延迟 以及所有耙指1、2的测量准时相关值c10…cL0的知识来估计相应的干扰值i1e，i1o，i1l…iLe，iLo，iLl。然后，在各耙指1、2中，从相应的相关值减去估计干扰值。将要从耙指m中早期、准时和晚期相关3、5、7的结果cme、cmo和cml中减去的干扰值分别表示为ime、imo和iml。
在根据本发明的方法的所述第一实施例中，利用最大似然性方法计算干扰。
最大似然性方法为耙指m的三个处理路径估计的干扰值由以下方程组给出ime=Σl=1,Ll≠mR(τ^l-τ^m+Δ)(R)(m,l)-1clo]]>imo=Σl=1,Ll≠mR(τ^l-τ^m)(R)(m,l)-1clo----(1)]]>iml=Σl=1,Ll≠mR(τ^l-τ^m-Δ)(R)(m,l)-1clo]]>其中R(·)是发射单元和接收单元中所用脉冲整形滤波器的自相关函数。Δ是用于早期和晚期相关计算的时间偏置不同于用于准时相关计算的时间偏置的时间值。(R)(m，l)-1是以下逆矩阵中的元素(m，l) 在根据本发明的方法的所述第二实施例中，利用低复杂度次最佳方法计算干扰，其中所述方法通过简化所述第一实施例的最大似然性方法得到。
通过假定R是单位矩阵获得低复杂度次最佳方法。这将用于确定耙指m的三个处理路径的干扰值的所述第一实施例的方程组(1)简化为ime=Σl=1,Ll≠mR(τ^l-τ^m+Δ)clo]]>imo=Σl=1,Ll≠mR(τ^l-τ^m)clo----(3)]]>iml=Σl=1,Ll≠mR(τ^l-τ^m-Δ)clo]]>所用符号与方程组(1)中所用的那些符号一致。基于该第二方程组(3)的处理的优点在于不需要任何矩阵求逆。
因此与所述第一实施例相比，在本发明的第二次最佳实施例中，复杂度显著地降低。但是在密集多径的情况下，与没有干扰对消相比，次最佳方法的性能仍然非常接近于完全最大似然性方法并提供显著的性能增强。
因此，根据本发明的两个所述实施例适于在具有密集多径的环境中提高码跟踪性能。
应该注意，所描述的实施例只构成了本发明的多个可能实施例中的两个。
权利要求
1.一种用于确保接收单元中收到的DS-CDMA(直接序列码分多址)编码多径信号和所提供的相应码之间的同步的方法，其中所述信号由发射单元发射，所述发射单元对所述要发射的信号应用脉冲整形滤波；由所述接收单元接收所述发射的信号，并在将所述接收信号提供给多个耙指(1，2)之前，对它们应用匹配的脉冲整形滤波，其中根据为在所述相应多径上信号的传播所估计的延迟，将所述各个耙指(1，2)与特定一个所述多径关联，并且其中所述各个耙指(1，2)将所述关联多径的接收信号与所述提供的码相关，以允许对所述多径上传播的信号进行码跟踪，所述方法包括-根据所述发射单元和所述接收单元所用脉冲整形滤波器的特性，根据与所述耙指(1，2)关联的多径上的估计传播延迟，以及根据所述各个耙指(1，2)中的相关结果，为所述各个耙指(1，2)估计来自与相应其它耙指(1，2)关联的多径的信号的干扰；以及从相应耙指(1，2)中的所述相关结果减去为所述耙指(1，2)估计的干扰。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于为L个耙指(1，2)中第m个耙指估计的所述干扰为im=Σl=1,Ll≠mR(τ^l-τ^m)(R)(m,l)-1cl,]]>其中R()是所述发射单元和所述接收单元中所用脉冲整形滤波器的自相关函数，而 是与由 的副标标识的耙指(1，2)关联的多径上的估计延迟，c是由c的副标标识的耙指(1，2)的相关结果，而(R)(m，l)-1是以下逆矩阵中的元素(m，l)
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于为L个耙指(1，2)中第m个耙指估计的所述干扰为im=Σl=1Ll≠mR(τ^l-τ^m)cl,]]>其中R()是所述发射单元和所述接收单元中所用脉冲整形滤波器的自相关函数，而 是与由 的副标标识的耙指(1，2)关联的多径上的估计延迟，c是由c的副标标识的耙指(1，2)的相关结果。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述各个耙指(1，2)包括准时处理路径(5，6)，用于根据与相应耙指(1)关联的多径的估计延迟，将接收信号与所述提供的码相关；早期处理路径(3，4)，用于根据与相应耙指(1)关联的多径的估计延迟和预定时间偏置之差，将接收信号与所述提供的码相关；以及晚期处理装置(7，8)，用于根据与相应耙指(1)关联的多径的估计延迟和所述预定时间偏置之和，将接收信号与所述提供码相关；其中根据所述准时处理路径(5，6)的相关结果，单独为相应耙指(1)的各个处理路径(3，4；5，6；7，8)估计所述干扰。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于为L个耙指(1，2)的第m个耙指的各个处理路径(3，4；5，6；7，8)估计的所述干扰如下ime=Σl=1,Ll≠mR(τ^l-τ^m+Δ)(R)(m,l)-1clo]]>imo=Σl=1,Ll≠mR(τ^l-τ^m)(R)(m,l)-1clo]]>iml=Σl=1,Ll≠mR(τ^l-τ^m-Δ)(R)(m,l)-1clo]]>其中o是所述准时处理路径(5，6)的副标，e是所述早期处理路径(3，4)的副标，l是所述晚期处理路径(7，8)的副标，R()是所述发射单元和所述接收单元中所用脉冲整形滤波器的自相关函数， 是与由 的副标标识的耙指(1，2)关联的多径的估计延迟，Δ是所述预定时间偏置，co是由co的副标标识的耙指(1，2)的准时处理路径(5，6)的相关结果，而(R)(m，l)-1是以下逆矩阵中的元素(m，l)
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于为L个耙指(1，2)的第m个耙指的各个处理路径(3，4；5，6；7，8)估计的所述干扰为ime=Σl=1,Ll≠mR(τ^l-τ^m+Δ)clo]]>imo=Σl=1,Ll≠mR(τ^l-τ^m)clo]]>iml=Σl=1,Ll≠mR(τ^l-τ^m-Δ)clo]]>其中o是所述准时处理路径(5，6)的副标，e是所述早期处理路径(3，4)的副标，1是所述晚期处理路径(7，8)的副标，R()是所述发射单元和所述接收单元中所用脉冲整形滤波器的自相关函数， 是与由 的副标标识的耙指(1，2)关联的多径的估计延迟，Δ是所述预定时间偏置，co是由co的副标标识的耙指(1，2)的准时处理路径(5，6)的相关结果。
7.包括程序代码的软件，当它在接收单元的处理单元中运行时，实现根据上述权利要求之一的方法的步骤。
8.用于接收单元的ASIC(专用集成电路)，包括用于实现根据权利要求1至6之一的方法的步骤的部件。
9.接收单元，包括-脉冲整形滤波器，它与发射单元的脉冲整形滤波器匹配，用于对从所述发射单元接收的DS-CDMA(直接序列码分多址)编码多径信号进行脉冲整形；-多个耙指(1，2)，根据对相应多径上的信号传播估计的延迟，将各个耙指(1，2)与多个多径中的特定一个多径关联，以及各个耙指(1，2)将通过所述脉冲整形滤波器接收的所述关联多径的DS-CDMA(直接序列码分多址)编码信号与提供码相关，以允许对所述相应多径上传播的信号进行码跟踪；以及-处理部件(9)，用于实现根据权利要求1至6之一的方法的步骤。
10.如权利要求9所述的接收单元，其特征在于所述接收单元是移动通信网络的基站。
11.如权利要求9所述的接收单元，其特征在于所述接收单元是用于移动通信网络的移动终端。
全文摘要
本发明涉及一种用于确保接收单元中收到的DS－CDMA编码多径信号与所提供码之间的同步的方法，将所述信号提供给多个耙指1、2。各个耙指将与相应耙指关联的多径的接收信号与所提供码相关。为了实现多径之间干扰的降低，提议根据发射单元和接收单元采用的脉冲整形滤波器的特性，根据多径上的估计传播延迟以及根据耙指中的相关结果，为各个耙指估计来自与其它耙指关联的多径的信号的干扰。该方法还包括从相应耙指的相关结果减去相应估计干扰。本发明同时涉及相应的软件、ASIC和接收单元。
文档编号H04B1/707GK1461124SQ0314101
公开日2003年12月10日 申请日期2003年5月21日 优先权日2002年5月21日
发明者M·欣茨-马德森 申请人:诺基亚有限公司