专利名称：一种用于wcdma上行专用链路的多径跟踪方法
技术领域：
本发明涉及宽带码分多址(WCDMA)移动通信系统中的多径跟踪方法，特别涉及到WCDMA移动通信系统基站接收机对上行专用链路的多径跟踪方法。
背景技术：
陆地无线信道的传输特点是从同一发射机发送的信号经过不同的传输路径到达接收机。由于传输路径的差异导致到达接收端的信号到达时刻不同，这就产生了多径传播。经过不同路径到达接收机的信号强度、相位可能均不同，这些信号在接收端进行叠加产生了多径衰落，这将严重影响接收机的性能。为了改善接收机的性能，可以将不同时刻得到的多径信号采用最大比合并、等增益合并等方式进行分集接收，这种接收机称为分离多径(Rake)接收机。
在WCDMA系统中，Rake接收机是其关键的组成部分，而多径搜索模块又是Rake接收的核心部分。Rake接收机一般采用两级搜索模式进行搜索，首先利用搜索器(Searcher)进行初同步捕获，然后锁定初同步位置进行精细同步。为了进行多径信号的分集接收，首先需要搜索到多径信号，并且在移动环境变化时能够对多径信号位置进行跟踪，以持续得到较好的接收性能。在多径搜索模块中，由于硬件条件的限制，搜索带宽是有限的，但实际应用中，由于根据初始搜索获得的有效多径配置窗的随机性和主要由各个传播路径产生和消失引起的多径分布可能位于搜索窗外，如要减少这种风险至最低限度，则搜索窗需要做的很大。
表1为经过测量和统计得到的不同移动传输环境下的多径延时典型值。从表1中可以看出在各种环境下的多径延时扩展典型值差异较大，为了使基站适应不同的移动传输信道环境，取其中的最大值20us作为多径搜索窗大小。WCDMA频分双工(FDD)模式下码片速率为3.84Mcps，20us时间段对应76.8chips。另外，根据协议25.104和25.943的信道模型设置，其中最大多径分布范围为76.9chips，此范围可以认为是业界公认的多径分布范围，这与表1给出的多径延时扩展是吻合的。通常情况下可取保守值80chips。
目前WCDMA中最常见的搜索加跟踪的搜索器实现方法为在搜索开始的时候，搜索模块会启动一个初始搜索，其捕获的多径信号作为多径分配模块最初的分配依据。之后，此搜索按配置的参数周期进行。搜索模块需将其多径相位，能量等信息报给多径分配模块。多径分配模块根据多径搜索上报的信息，按照能量优先的原则对需要跟踪的多径进行周期性更新，并将之实时传给跟踪模块。跟踪模块将跟踪多径的相位、天线号等发给解调单元。解调单元利用其中的多径信息进行Rake合并。
现有技术的主要缺点如下第一，现有技术一般是在多径状态转换时需要将搜索器停掉。搜索器的停止和启动是需要一定的时间的，这就导致一段时间内搜索器无法搜索到多径。第二，现有技术的搜索窗宽度一般设置为固定的较大的几十个码片，这在多径延时扩展较小的情况下降低了搜索器的搜索效率，并加大了多径搜索周期。
发明内容
本发明提供一种用于WCDMA系统基站接收机的上行专用链路的多径跟踪方法，以解决现有技术多径跟踪方法所存在的问题。本发明的方法根据当前测量出的无线链路同步/失步状态以及当前搜索器搜索到的最早到达多径位置、最晚到达多径位置和经过多径信号位置和能量量化后的多径平均位置对多径搜索窗进行调整，以进行上行专用链路多径的跟踪。
本发明的多径跟踪方法主要用于Rake接收机的初同步多径跟踪，以保证基站(Node B)能够持续地得到有效的多径位置和能量信息，并将多径送给细同步和解调单元进行处理，本发明方法仅适用于FDD模式的WCDMA移动通信系统，并且只针对该模式下上行专用链路的多径搜索和跟踪。通常基站接收机对每一路上行专用链路采用四个多径搜索器。
本发明的一种用于WCDMA系统基站接收机的上行专用链路的多径跟踪方法，该方法包括根据基站所处环境设置初始的平均多径延时扩展数值，并根据该数值选择基本延时扩展数值；将基本延时扩展与平均延时扩展之和与最大可能多径延时值80个码片进行比较，取两者中数值小的一个作为基站接收机搜索窗口尺寸；在基本延时扩展与平均延时扩展之和小于80码片的条件下根据多径平均位置选择为各个搜索器分配搜索范围的方式，如果多径平均位置小于基本延时扩展与平均延时扩展之和，则先分配搜索范围的前两个搜索器从帧起始位置开始各自分配等于二分之一基本延时扩展的搜索范围，后分配搜索范围的后两个搜索器在前两个搜索器搜索范围之后各自分配等于二分之一平均延时扩展的搜索范围；如果多径平均位置大于等于基本延时扩展与平均延时扩展之和，则前两个搜索器在多径平均位置两侧各自分配等于二分之一基本延时扩展的搜索范围，后两个搜索器在前两个搜索器搜索范围之外两侧各自分配等于二分之一平均延时扩展的搜索范围；在基本延时扩展与平均延时扩展之和大于80码片的条件下将80码片作为搜索窗口，平均分配四个搜索器的搜索范围，并且搜索窗口从帧起始位置开始。
本发明的上述多径跟踪方法，其特征在于在基本延时扩展与平均延时扩展之和小于80码片的条件下在选择为各个搜索器分配搜索范围的方式之前，判断该上行专用链路160毫秒内导频符号的误比特率的是否大于阈值，如果大于阈值则判断该上行链路进入失步状态，将接收机的搜索窗口尺寸从基本延时扩展与平均延时扩展之和扩大为基本延时扩展与1.5倍平均延时扩展之和；如果当前的多径平均位置小于基本延时扩展与1.5倍平均延时扩展之和，则先分配搜索范围的前两个搜索器从帧起始位置开始各自分配等于二分之一基本延时扩展的搜索范围，后分配搜索范围的后两个搜索器在前两个搜索器搜索范围之后各自分配等于四分之三平均延时扩展的搜索范围；如果多径平均位置大于等于基本延时扩展与1.5倍平均延时扩展之和，则前两个搜索器在多径平均位置两侧各自分配等于二分之一基本延时扩展的搜索范围，后两个搜索器在前两个搜索器搜索范围之外两侧各自分配等于四分之三平均延时扩展的搜索范围。
本发明的上述多径跟踪方法，其特征在于所述判断进入失步状态的误比特率阈值为30％。
本发明的上述多径跟踪方法，其特征在于上行专用链路的帧起始位置参数由无线网络控制器通过信令发给基站。
本发明多径跟踪方法大大提高了多径搜索器的性能，能够保证多径搜索器始终处于多径可能的范围内进行搜索，大大减小了由于移动用户终端(UE)移动等因素造成的多径信号偏移对Rake接收性能的影响。
图1为本发明的多径跟踪方法所采用的基站接收机基本结构的示意图；图2为本发明的多径跟踪方法中搜索器搜索范围分配方案一的实施例；图3为本发明的多径跟踪方法中搜索器搜索范围分配方案二的实施例；图4A为本发明的多径跟踪方法中当前多径平均位置小于搜索窗口二分之一的搜索器搜索范围分配方法的实施例；
图4B为本发明的多径跟踪方法中当前多径平均位置大于等于搜索窗口二分之一的搜索器搜索范围分配方法的实施例；图5A、5B为本发明的多径跟踪方法中当前多径平均位置大于等于扩大后搜索窗口二分之一的搜索器搜索范围分配方法的实施例；图6A、6B为本发明的多径跟踪方法中当前多径平均位置大于等于扩大后搜索窗口二分之一的搜索器搜索范围分配方法的实施例；具体实施方式
无线链路初始建立时基站接收机根据无线网络控制器(RNC)发给基站(Node B)的信令中的无线链路参数得到上行无线链路的帧起始位置，搜索窗从该位置开始搜索。在设置搜索窗宽度时，需要取保守的多径延时扩展80chips作为搜索窗大小。
将得到的初同步位置送入细同步跟踪单元和解调单元进行处理，得到上行专用链路对应的控制信道中的导频比特。每种时隙格式下的导频比特是固定的，根据控制信道中的导频符号误比特率进行上行专用链路的同步/失步测量。测量的方法是计算前160ms内的专用链路控制帧中的导频误比特率，当计算出的误比特率低于一定的阈值(比如25％)时进入多径同步搜索模式。
进入同步多径搜索模式后，可以适当的减小搜索窗大小，并实时的对多径搜索窗大小和多径平均位置进行更新，在满足一定条件的情况下对搜索窗位置和大小进行调整，以保证当前的多径搜索窗始终围绕在多径平均位置周围。若当前多径平均位置已经由精细同步单元通过能量和位置量化的方式得到，则将搜索窗位置重新定位到平均位置周围。在同步多径搜索模式下采用的搜索窗大小以码片(chips)数量表示为搜索窗尺寸＝min(80，α+平均多径延时扩展) (公式1)公式1的单位为码片数，该公式1中，α为基本延时扩展，此参数保证在任何状态下均至少要搜索α个码片宽的搜索窗口。根据公式1，接收机多径搜索窗的尺寸为80个码片或基本延时扩展加平均多径延时扩展之和中比较小的一个数值。一般可以按照基站所处的不同环境，参照表1中的平均多径延时扩展选择α值，α值具体可以根据不同环境下的平均多径延时扩展值进行设置，α值一般选择所处环境中平均多径延时扩展值的1倍。平均延时扩展值是多径细同步跟踪单元根据搜索窗搜索到的最早到达多径位置和最晚到达多径位置求平均获得，为了得到较精确的多径平均延时扩展值，一般取较长时间例如通常几秒内的多径延时扩展值平均值。为了避免频繁的调整搜索器的搜索窗宽度，当得到的平均延时扩展小于α/2个码片时，将平均延时扩展赋值为α/2个码片，此时搜索器固定的搜索1.5α个码片宽度。若当前多径延时扩展值始终小于α/2个码片时，不进行多径搜索窗宽度的调整，这就避免了较小的码片偏移导致多径搜索窗宽度的频繁调整，并且搜索器的最大搜索窗口也不超过典型环境下最大多径延时扩展对应的80码片(chips)，保证能够搜索到多径所在的延时位置。
在进入多径同步搜索模式时，需要将无线链路建立时分配的多径搜索窗位置调整到当前得到的平均多径位置周围，并根据min(80，α+平均延时扩展)设置搜索窗宽度。在图2至图6所示的实施例中，均以四个搜索器(附图中标记为Searcher1至Searcher4)为例，对本发明的多径跟踪方法进行详细说明。需要注意的是初次进入同步多径搜索模式时，在多径平均位置周围进行多径搜索器的分配时需要根据多径平均位置与多径搜索窗大小的不同进行不同的分配方案。这里的多径平均位置为最早到达的多径信号位置与最晚到达多径信号位置的算术平均。因此，在根据搜索窗大小对各个搜索器的具体搜索范围分配时，需要根据多径平均位置大小采取不同的分配方案，具体分配条件如下如果多径平均位置≥min(80，α+平均多径延时扩展) (公式2)选择方案一；否则选择方案二。
方案一为图2所示的分配方法，该方案一方法在平均多径位置两侧分别为先分配搜索范围的前两个搜索器(Searcher1和Searcher2)分配的搜索范围均为α/2码片数，在这两个搜索器各自的搜索范围以平均多径位置为分界。后分配搜索范围的后两个搜索器(Searcher3和Searcher4)则在前两个搜索器搜索范围两侧再各自搜索一个等于平均多径延时扩展值一半码片数量的搜索范围。
方案二为图3所示的分配方法，从10ms帧起始位置开始依次为两个搜索器(Searcher1和Searcher2)每个分配α/2个码片数量的搜索范围，另外两个搜索器(Searcher3和Searcher4)则在前两个搜索器搜索范围之后各自搜索一个等于平均多径延时扩展值一半码片数量的搜索范围。一般情况下，在基站接收机工作初期，缺省配置使得接收机首先自动采用图3所示的搜索器搜索范围分配方法，然后在根据多径平均位置的具体数值，对搜索器搜索范围分配方法进行调整。
另外，由于用户终端(UE)位置的移动和移动环境的变化，多径信号位置也可能会发生较大变化，以致多径位置落在当前的多径搜索窗之外。因此，多径跟踪的另一个任务就是要对多径信号平均多径位置进行跟踪，尽量使搜索窗设置得以多径平均位置为中心。对多径平均位置进行跟踪的方法是，根据一段较长的时间通常为几秒内的多径平均位置与前一次更新的多径平均位置进行比较，当两者的差超过α/2个码片时，意味着此时的多径信号有可能落在多径搜索窗之外，及时进行多径平均位置的调整，使多径搜索器分配在多径平均位置两侧，具体的调整多径平均位置的方法如图4所示。在图4A中，前一次的多径平均位置与当前多径平均位置之差已经大于α/2个码片，符合了调整各个搜索器搜索范围的条件，因此对四个搜索器的搜索范围重新分配，获得图4B中所示的四个搜索器搜索范围，由此保证多径平均位置位于整个接收机搜索窗中间部分，以便接收机有效的跟踪多径信号。
当通过上行专用链路的同步/失步测量得出该无线链路处于失步状态，即前160毫米内的导频符号误比特率大于阈值，例如误比特率大于30％时，则判断上行专用链路进入失步模式，标志着实际的多径位置有可能已经落在当前接收机搜索窗之外。此情况下则加大接收机搜索窗口尺寸。具体的扩大搜索窗口方法如图5、6所示，即先分配搜索范围的前两个搜索器(Searcher1和Searcher2)的搜索范围大小不变，仍然为二分之一基板延时扩展，而后分配搜索范围的后两个搜索器(Searcher3和Searcher4)的搜索范围由原来每个搜索器的二分之一多径平均延时扩大到每个搜索器四分之三多径平均延时。
当测量出的当前多径平均位置大于等于α/2与四分之三多径平均延时之和情况下，即出现如图5A所示的多径平均位置情况，则采用图5B所示的扩大搜索窗的方法，也就是在当前多径平均位置两侧为前两个搜索器(Searcher1和Searcher2)各自分配α/2的搜索范围，在前两个搜索器搜索范围两侧分别为后两个搜索器(Searcher3和Searcher4)各自分配四分之三多径平均延时的搜索范围。
当测量出的当前多径平均位置小于α/2与四分之三多径平均延时之和情况下，即出现如图6A所示的多径平均位置情况，则采用图6B所示的扩大搜索窗的方法，也就是多径跟踪从帧起始位置开始进行搜索，即前两个搜索器(Searcher1和Searcher2)帧起始位置开始各自分配α/2码片数量的搜索范围，而为后两个搜索器(Searcher3和Searcher4)各自分配四分之三多径平均延时码片数的搜索范围。
综合上述内容，本发明的多径跟踪方法在基站接收机初始工作是根据该基站的环境条件选择表1中该环境下平均多径延时扩展对应的码片数作为初始状态下的平均延时扩展的两倍数值与WCDMA标准规定的最大80个码片数量比较，选择较小的数值作为基站接收机的搜索窗口，然后根据平均多径位置选择对接收机各个搜索器分配搜索范围的方式。当基站接收机工作中检测到平均多径位置改变时，随时调整搜索窗口大小和各个搜索器分配搜索范围的方式，以达到基站接收机有效跟踪上行专用链路多径信号的技术效果。
实际上，上述例子中的接收机搜索器搜索范围分配方法都是在基本延时扩展与平均延时扩展之和小于80情况下的分配方法，如果基本延时扩展与平均延时扩展之和大于80，即基站接收机选择80为固定的搜索窗口尺寸，则四个搜索器平均每个所分配的搜索范围均相等，并且搜索窗口从帧起始位置开始。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，例如在基站接收机搜索器多于四个并且为双数的情况下，通过简单变通本发明的多径跟踪方法仍然可以适用更多数量搜索器的情况。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种用于WCDMA系统基站接收机的上行专用链路的多径跟踪方法，该方法包括根据基站所处环境设置初始的平均多径延时扩展数值，并根据该数值选择基本延时扩展数值；将基本延时扩展与平均延时扩展之和与最大可能多径延时值80个码片进行比较，取两者中数值小的一个作为基站接收机搜索窗口尺寸；在基本延时扩展与平均延时扩展之和小于80码片的条件下根据多径平均位置选择为各个搜索器分配搜索范围的方式，如果多径平均位置小于基本延时扩展与平均延时扩展之和，则先分配搜索范围的前两个搜索器从帧起始位置开始各自分配等于二分之一基本延时扩展的搜索范围，后分配搜索范围的后两个搜索器在前两个搜索器搜索范围之后各自分配等于二分之一平均延时扩展的搜索范围；如果多径平均位置大于等于基本延时扩展与平均延时扩展之和，则前两个搜索器在多径平均位置两侧各自分配等于二分之一基本延时扩展的搜索范围，后两个搜索器在前两个搜索器搜索范围之外两侧各自分配等于二分之一平均延时扩展的搜索范围；在基本延时扩展与平均延时扩展之和大于80码片的条件下将80码片作为搜索窗口，平均分配四个搜索器的搜索范围，并且搜索窗口从帧起始位置开始。
2.根据权利要求1所述的多径跟踪方法，其特征在于在基本延时扩展与平均延时扩展之和小于80码片的条件下在选择为各个搜索器分配搜索范围的方式之前，判断该上行专用链路160毫秒内导频符号的误比特率的是否大于阈值，如果大于阈值则判断该上行链路进入失步状态，将接收机的搜索窗口尺寸从基本延时扩展与平均延时扩展之和扩大为基本延时扩展与1.5倍平均延时扩展之和；如果当前的多径平均位置小于基本延时扩展与1.5倍平均延时扩展之和，则先分配搜索范围的前两个搜索器从帧起始位置开始各自分配等于二分之一基本延时扩展的搜索范围，后分配搜索范围的后两个搜索器在前两个搜索器搜索范围之后各自分配等于四分之三平均延时扩展的搜索范围；如果多径平均位置大于等于基本延时扩展与1.5倍平均延时扩展之和，则前两个搜索器在多径平均位置两侧各自分配等于二分之一基本延时扩展的搜索范围，后两个搜索器在前两个搜索器搜索范围之外两侧各自分配等于四分之三平均延时扩展的搜索范围。
3.根据权利要求2所述的多径跟踪方法，其特征在于所述判断进入失步状态的误比特率阈值为30％。
4.根据权利要求1所述的多径跟踪方法，其特征在于上行专用链路的帧起始位置参数由无线网络控制器通过信令发给基站。
全文摘要
本发明提供一种用于WCDMA系统基站接收机的上行专用链路的多径跟踪方法，该方法根据当前测量出的上行专用链路的同步/失步状态以及接收机搜索到的当前多径平均位置对多径搜索窗口大小和各个搜索器的搜索范围进行调整，利用该多径跟踪方法大大提高了多径搜索器的性能，能够保证多径搜索器始终处于多径可能的范围内进行搜索，大大减小了由于移动用户终端(UE)移动等因素造成的多径信号偏移对Rake接收性能的影响。
文档编号H04B1/707GK1677884SQ200510071869
公开日2005年10月5日 申请日期2005年5月26日 优先权日2005年5月26日
发明者李成振 申请人:北京北方烽火科技有限公司