一种无线终端接收机及无线信号接收处理方法 【技术领域】
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及扩频CDMA(码分多址)移动蜂窝通信系统中的无线基带数字接收机以及一种无线信号接收处理方法。技术背景
在扩频通信CDMA无线系统中，在无线信号收发处理的设备上典型有基站和终端；从基站发送无线信号到终端接收处理无线信号，定义为下行处理，从终端发送无线信号到基站接收处理无线信号，定义为上行处理；基站对发送的数据进行扩频调制、加扰，通过射频处理然后以无线的信号发送出去；终端接收到基站发射的无线信号，通过射频变频与解调处理，把接收的无线射频信号变成基带模拟信号，然后通过AD采样电路，把基带模拟信号变换成基带数字信号，然后把采样后的数字信号送到终端的基带处理单元，进行数字基带数据的解扩解调，恢复出基站扩频调制前的数据。
CDMA扩频通信系统与GSM蜂窝移动通信系统不同的是，CDMA通信系统是用正交的伪随机码来标识不同的用户和信道，在接收端用相应的伪随机码作相关接收，根据伪随机码的自相关性和互相关性的特点，可以提取出发给本用户的信道数据。在CDMA通信系统中，根据无线信号传播地特点，可以采用时间分集技术来对无线信号进行接收，在物理结构上就是采用RAKE接收机结构来提取从不同路径来的、并且可以分别提取来自不同传播路径而不互相混淆信号，通过分离与合并不同路径上的信号，克服无线衰落信道的影响，从而以获得最大的接收增益，这是CDMA系统相比其他通信系统一个比较大的优点。
图1是一种常用的CDMA通信系统中无线信号RAKE接收机典型结构：
各个模块的功能说明：
搜索器模块：搜索器主要通过对基站扩频信号进行搜索，获得跟基站信号的同步，同时搜索出从不同路径来的多径信号，为后面解调单元提供各个径的同步。
单径接收模块：一般RAKE接收机中有多条径接收单元来对每一个搜索出来可分离的多径信号进行解扩解调。每一径接收单元中包括解扩单元、解调单元、跟踪单元、信道估计单元和伪码(又称伪随机码)发生单元；其中伪码发生单元主要在接收机本地产生与发射机一样序列的伪随机码，通过本地产生的伪随机码和输入的扩频信号进行复乘运算，可以达到解扩和解扰的作用。解扩单元主要是完成把输入的扩频信号与本地产生的伪码进行复乘运算，把信号中扩频码和扰码去除，恢复出扩频加扰前的数据；跟踪单元主要是对搜索出的多径同步信号进行更精确的同步，根据接收信号中公共导频信道的数据，按照跟踪算法，逼近实际的帧同步；信道估计单元主要是根据对无线信道估计的结果来对解扩解调输出的信号进行相位和幅度的娇正，提高接收机的性能。
多径合并模块：因为从不同路径到达的信号，其原始数据是一样的，所以通过多径合并模块把各个径接收单元解扩解调输出的结果进行数据合并，提高输出信号的准确性。
在IS-95的系统中，在移动终端的接收机中，一般径接收单元有3个；在WCDMA系统中，移动终端一般可选择6个径接收单元；在一个接收机中，径分配单元到底取几个是由算法所要求的性能决定。
图1所示的RAKE接收机中，只能对一个信道进行解调接收，当需要同时解调多个信道时，需要同样的多套接收机才能满足要求，需要非常庞大的解调资源。一般在下行处理上，随着通信系统的不同，可能需要同时接收的物理信道不同；如果以WCDMA移动终端接收机有可能会同时解调接收3个下行信道，如果按照每个信道有6个径接收单元，则需要18个径接收单元，这对移动终端的解调资源要求非常大，实现的复杂程度非常大。
另外，传统的RAKE接收机中，对每个接收的物理信道分配固定径接收单元进行信号接收，由于无线信道的质量是随机变化的，当无线信道的质量比较好的情况下，如果能用比较少的径接收单元通过各径数据合并后，也能达到解调性能指标要求，则按照固定径分配的方法，多分配的径接收单元存在一定的资源浪费；如果固定分配给某物理信道的径接收单元各个径合并后的数据还不能满足性能要求，同时系统中还存在其他空闲的径接收单元的资源时，这种分配固定数目径接收单元给各个需要解调的物理信道的接收机的结构，就没有很好的利用其他可以的径接收单元来进一步提高解调性能。发明内容
本发明的目的就是通过调整传统接收机的结构，设计一种结构合理、功能强大的无线终端接收机及使用该接收机的无线信号接收处理方法，在需要同时解调的信道比较多时，可以有效的降低系统复杂程度，节省资源；同时在确定了接收系统的资源情况后，通过动态分配给各个需要解调的信道的解调资源，保证整个接收机的解调资源能最有效的利用，提高物理信道的解调性能。
本发明的目的是这样实现的：
一种无线终端接收机，包括搜索器单元、径接收单元和多径合并单元，其特征在于还包括接收机控制单元，所述的径接收单元包括多个可自由配置的解扩解调单元，每个径接收单元还包括与其相匹配的跟踪单元和信道估计单元；
基站扩频信号和多径信号由所述搜索器单元搜索到并输出给径接收单元，经径接收单元恢复出扩频加扰前的数据，输出给多径合并单元进行合并输出；
所述接收机控制单元用来为每个物理信道分配不同的径接收单元；
所述跟踪单元用来对搜索出的多径同步进行进一步的精确同步；
所述信道估计单元用来根据对无线信道估计的结果来对解扩解调输出的信号进行相位和幅度的矫正。
所述的解扩解调单元包括：伪码发生单元、解扩单元、解调单元；
所述的伪码发生单元在接收机本地产生与发射机一样序列的伪随机码，和输入的扩频信号进行复乘运算；
所述的解扩单元完成把输入的扩频信号与本地产生的伪随机码进行复乘运算，去除信号中扩频码和扰码，恢复出扩频加扰前的数据并输出给解调单元，进行解调，并输出给多径合并单元。
所述的接收机控制单元，包括初始化单元、信令接口处理单元、信令解析与状态控制单元、信道配置单元、搜索器控制单元、信息搜集处理单元：
所述的初始化控制单元对接收机的所有控制寄存器和状态寄存器进行初始化，使径接收单元和解扩解调单元处于释放状态；
来自协议栈层对接收机的控制指令数据经信令接口处理单元接收后，由信令解析与状态控制单元进解析和状态的迁移控制，信令解析与状态处理单元根据解析结果启动搜索器控制单元，由搜索器控制单元配置搜索器参数，对当前的基站信号进行搜索，输出当前基站帧同步信号和多径同步信号；
所述的信道配置控制单元接收信令解析与状态控制单元和搜索器控制单元的输出信号，根据物理信道的参数，配置径接收单元和解扩解调单元，实现对物理信道接收。
所述的无线终端接收机，还包括信道质量评估单元，所述信道质量评估单元对每个物理信道合并后的数据进行解扩解调后的质量评估，评估的结果送给接收机的控制单元，接收机的控制单元包括一个信息搜集处理单元，接收质量评估单元的质量评估数据，进而进行资源动态调整，并输出给信道配置单元，信道配置控制单元根据调整后的信道资源分配结果控制径接收单元和解扩解调单元的重新分配。
所述的径接收单元中，每个径接收单元包括一个信道估计单元和跟踪单元，所述的信道估计单元对各信道进行相位和幅度的矫正，所述的跟踪单元对搜索出的多径同步信号进行进一步的精确同步。
所述的径接收单元中的解扩解调单元的数目可以相同，也可以不相同。
一种无线信号接收处理方法，其特征在于包括以下步骤：
a、搜索器单元获得跟基站信号的同步，搜索出从不同路径来的多径信号；
b、控制单元根据需要解调的物理信道数目、物理信道的特性给每个物理信
道分配不同的解扩解调单元和径接收单元；
c、径接收单元对分配的每个物理信道，进行解扩解调单元的处理，输出每
个信道对应的多径解扩解调后的数据给多径合并单元；
d、多径合并单元对同一物理信道不同径接收单元的输出数据进行合并，输
出该物理信道多径合并后的数据。
所述的无线信号接收处理方法还包括：
信道质量评估模块对每个物理信道合并后的数据进行解扩解调后的质量评估，评估的结果送给接收机的控制单元；
在接收机的控制单元中，结合物理信道的特点和该信道的解调质量评估结果，对该信道进行动态径接收单元的分配。
所述的无线信号接收处理方法，还包括通过径接收单元的信道估计单元，对各个信道进行相位和幅度的矫正。
所述的无线信号接收处理方法，还包括提取信道译码单元的输出信号作为信道解调输出质量评估标准，从而来控制动态调整信道资源的配置。
根据本发明，可以用较少的物理资源来尽可能多的同时接收不同的物理信道，当需要同时解调的物理信道的数目一定时，可以用较少的物理信道解调资源来实现。同时可以保证物理信道的解调接收性能，根据对物理信道的解调输出信号的质量评估，当物理信道解调接收质量不好时，在可参与解调合并的多径中通过更多的分配径接收单元来提高该物理信道的解调性能；而且，本发明可以使物理信道解调资源利用最大化。根据同时需要解调接收的物理信道设计了移动终端的径处理单元数目合解扩解调的数目，在只有一个物理信道需要解调接收或者需要解调接收的物理信道小于最大需要同时解调接收的物理信道数目时，可以为需要解调接收的物理信道分配尽可能多的可用径接收单元，以对同一物理信道可以参与合并的有效多径进行解扩解调、多径合并，提高物理资源的利用率。附图说明
图1是现有CDMA系统中RAKE接受机的结构图；
图2是本发明的接收机的结构示意图；
图3是本发明接收机的径接收单元示意图；
图4是本发明接收机的解扩解调单元示意图；
图5是本发明接收机控制单元的结构示意图；
图6是本发明接收方法的流程图。具体实施方式
下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。
如图2所示，本发明的无线终端接收机，包括搜索器单元、径接收单元和多径合并单元，其中：
搜索器单元搜索基站扩频信号和多径信号并输入给径接收单元；
径接收单元接收搜索器输入信号，恢复出扩频加扰前的数据，并将数据输入给多径合并单元；
多径合并单元把各个径接收单元的输出结果进行相位和幅度矫正合并输出。
以上是与传统接收机较为近似的组成与功能，本发明的特征部分在于该无线终端接收机的径接收单元包括多个可自由配置的解扩解调单元。
如图3所示，在现有技术中，径接收单元的数量是与其解扩解调单元的数量一致的，即一个径接收单元配备一个解扩解调单元，本发明将解扩解调单元的数量增加，使一个径接收单元可以配备多个解扩解调单元，比如可以根据实际情况设置8个径接收单元和16个解扩解调单元，而且，不同的径接收单元，可以配备不同数量的解扩解调单元，根据各个信道的接收质量来动态调整解扩解调单元的使用状况。
在本发明的无线终端接收机还包括与径接收单元相匹配的跟踪单元和信道估计单元，该跟踪单元对搜索出的多径同步进行进一步的精确同步，比如多径同步的精度为1/2chip，通过跟踪单元可以达到1/4chip或者1/8chip，这个问题的解决取决于对信号的采样精度和算法，跟踪单元主要根据接收信号中公共导频信道的数据，按照跟踪算法，逼近实际的帧同步。信道估计单元根据对无线信道估计的结果来对解扩解调输出的信号进行相位和幅度的矫正。
如图4所示，本发明中该解扩解调单元包括：伪码发生单元、解扩单元、解调单元，其中：
伪码发生单元在接收机本地产生与发射机一样序列的伪随机码，通过本地产生的伪随机码和输入的扩频信号进行复乘运算；
解扩单元完成把输入的扩频信号与本地产生的伪码进行复乘运算，把信号中扩频码和扰码去除，恢复出扩频加扰前的数据；
解调单元对解扩单元输出的数据进行处理，由伪码发生单元在接收机本地产生与发射机一样序列的伪随机码，通过本地产生的伪随机码和输入的扩频信号进行复乘运算，输出数据给多径合并单元，在多径合并单元中，对来自同一信道的多径信号数据进行合并。
在传统的接收机中，是为每个解扩解调单元配备一个基站的跟踪单元和信道估计单元，在本发明中，对来自同一个基站的跟踪单元和信道估计单元可以共用，一个径接收单元里面有多个解扩解调单元时，可以把传统的解扩解调单元中的跟踪单元和信道估计单元提出来，对这一径接收单元来说，只需要一套跟踪和信道估计单元就可以，所以把跟踪单元和信道估计单元跟径接收单元合并到一起；这样做的目的，是通过共用相同模块以减少资源。
本发明的无线终端接收机，还包括接收机控制单元，用来控制系统资源的分配，为每个物理信道分配不同的径接收单元。
如图5所示，该接收机控制单元，包括初始化单元、信令接口处理单元、信令解析与状态控制单元、信道配置单元、搜索器控制单元、信息搜集处理单元：
该初始化控制单元对接收机的所有控制寄存器和状态寄存器进行初始化，使径接收单元和解扩解调单元处于释放状态；
该信令接口处理单元接收来自协议栈层对接收机的控制指令数据，并送给信令解析与状态控制单元进行信令的解析和状态的迁移控制；
该信令解析与状态处理单元，根据对协议栈的信令解析结果启动搜索器控制单元；
该搜索器控制单元配置搜索器参数对当前的基站信号进行搜索，输出当前基站帧同步信号和多径同步信号；
该信道配置控制单元接收信令解析与状态控制单元和搜索器控制单元的输出信号，根据物理信道的参数，配置径接收单元和解扩解调单元，实现对物理信道接收。
在本发明中，接收机控制单元主要对整个接收机的进行时序等控制，资源配置控制等；其具体的实现，在单片机、DSP或者CPU中都可以完成，对接收机部分如何控制，不同的设计人员可能因为算法和策略不同，而表现为不同的方式，但这并不影响本发明的实现。
本发明的无线终端接收机，还包括信道质量评估单元，该信道质量评估单元对每个物理信道合并后的数据进行解扩解调后的质量评估，评估的结果送给接收机的控制单元，接收机的控制单元包括一个信息搜集处理单元，接收质量评估单元的质量评估数据，进而进行资源调整，并输出给信道配置单元，信道配置控制单元根据调整后的信道资源分配结果控制径接收单元和解扩解调单元的重新分配。
如图6所示，基于以上的无线终端接收机，本发明无线信号接收处理方法，包括以下步骤：
a、搜索器单元获得跟基站信号的同步，搜索出从不同路径来的多径信号；
b、控制单元根据需要解调的物理信道数目、物理信道的特性给每个物理信
道分配不同的解扩解调单元和径接收单元；
c、径接收单元对分配的每个物理信道，进行解扩解调单元的处理，输出每
个信道对应的多径解扩解调后的数据给多径合并单元；
d、多径合并单元对同一物理信道不同径接收单元的输出数据进行合并，输
出该物理信道多径合并后的数据。
为了进一步完善径接收单元的合理分配，本发明还增加了一个信道质量评估模块对每个物理信道合并后的数据进行解扩解调后的质量评估，评估的结果送给接收机的控制单元；
在接收机的控制单元中，结合物理信道的特点和该信道的解调质量评估结果，对该信道进行动态径接收单元的分配。
包括通过径接收单元的信道估计单元，对各个信道进行相位和幅度的矫正。
在本发明中，还包括一个提取信道译码输出后的BER或者BLER来作为信道解调输出质量评估标准，从而来控制动态调整信道资源的配置的步骤。
每径配一个信道估计单元，对各个信道进行相位和幅度的矫正；
用合并输出的信号质量，比如导频信道的误码率(BER BIT ERROR RATE)，或者测量得到的信噪比(SNR SIGNAL NOISE RATIO)，同时根据信道的超帧(SFSUPER FRAME)和信道的重要程度进行动态分配径。
下面看一个具体的例子，在WCDMA移动通信系统中，下行信道存在最大可能性需要同时解调的信道数目为4个，我们将这四个信道分别设为ch1、ch2、ch3、ch4。
接收机物理资源如下：8个径接收单元(分别编号为f1-f8)，16个解扩解调单元(分别编号为ds1-ds16)，一个搜索器单元(最大支持8路多径信号的同步)、一个多径合并单元(支持对16路解扩解调后的数据处理)，一个信道质量评估单元(最大可以支持对4个信道进行信道质量评估)，一个接收机控制单元。
根据ch1-ch4需要解调接收的情况，进行如下几种典型情况的接收机的工作过程：
情况一：不存在资源竞争的情况
这种情况包括如下几种情形：
(1)当前只对一个信道进行解调接收；
(2)当前只对来自同一基站的不同2个信道进行解调接收；
典型的，以当前只对一个信道进行解调接收。
这种情况比较简单：搜索器对接收信号进行搜索，输出可以参与合并的多径信号的同步。如果搜索器输出了6个径的同步，则由于当前只有一个信道解调，则可以把6个径接收单元分配给该信道，且每个径接收单元中包含一个解扩解调单元。同样，如果搜索器输出了8个径的同步，则由于当前只有一个信道解调，仍可以把8个径接收单元分配给该信道，且每个径接收单元中包含一个解扩解调单元。因为此种情况下，不存在资源竞争问题，所以可以不启动信道质量评估单元，直接有接收机控制单元对该物理信道进行径接收单元和解扩解调单元的资源分配。
同样对于(2)的情况是一种满配置情况：出现满配置的情况就是每个径接收单元中有2个解扩解调单元，各自分别对应一个物理信道的解调接收，2个物理信道共享8个径分配单元。
情况二：存在资源竞争的情况；除了上面的不存在资源竞争的情况，其他情况都可能存在资源竞争。典型的，我们假设需要同时对4个信道进行解调接收，其中3个信道(ch1、ch2、ch3)来自同一基站(BS1)，1个信道(ch4)来自另一个基站(BS2)。
首先，对ch4的分配径接收单元4个(对应f5、f6、f7、f8)，每个径接收单元中包括一个解扩解调单元对ch4进行解调接收(占用4个解扩解调单元：ds13-ds16)。对ch1、ch2、ch3三个信道的资源分配如下：
表1： f1 f2 f3 f4 ch1 ds1 ds2 ds3 ds4 ch2 ds5 ds6 ds7 ds8 ch3 ds9 ds10 ds11 ds12
按照以上配置对ch1-ch4进行解调接收，对各个物理信道输出的解扩解调结果进行SNR估计，如果ch1-ch3的SNR估计结果不能满足解调性能的要求并且搜索器输出的可合并的多径同步的数目大于4(可假设为6)，而ch4的SNR能很好的满足性能要求，则可以从ch4释放一个径接收单元给ch1-ch3；
则ch4重新分配后的物理资源如下表2所示：
表2： f6 f7 f8 ch4 ds14 ds15 ds16
在剩下的解扩解调单元中，不能保证每个径接收单元中都能对ch1-ch3进行解调接收，此时根据可以根据ch1-ch3性能满足情况和各个物理信道传输信息的重要性进行分配，物理信道比较重要(比如信令数据)且SNR离性能要求差别比较大的，保证每个径接收单元中有解扩解调单元对该物理信道进行解调接收；对于物理信道传输的信息不重要(比如话音数据)且SNR满足性能要求或者离性能要求差别不大的，可以在其中的几个径接收单元中分配解扩解调单元对该信道进行接收：表3是一种分配情况：
表3： f1 f2 f3 f4 f5 ch1 ds1 ds2 ds3 ds4 ds5 ch2 ds6 ds7 ds8 ds9 ch3 ds10 ds11 ds12 ds13
在上表资源分配中，主要考虑ch1信道主要是广播信道，并且其解扩解调后的性能要求比较高，所以相比较ch2和ch3多分配了一个径接收单元；
如果当ch2传输比较重要的信息，而ch3传输的相对不重要的信息(如业务数据)时，就可以采用如表4的分配方法：
表4： f1 f2 f3 f4 f5 ch1 ds1 ds2 ds3 ds4 ds5 ch2 ds6 ds7 ds8 ds9 ds10 ch3 ds11 ds12 ds13
通过这样的方法，可以动态的调整对每个物理信道分配的解调资源，达到合理利用移动终端解调资源的目的，同时可以提高物理信道的解调性能。
通过本发明，可以用较少的物理资源来尽可能多的同时接收不同的物理信道，同时可以保证物理信道的解调接收性能，而且，本发明可以使物理信道解调资源利用最大化。根据同时需要解调接收的物理信道设计了移动终端的径处理单元数目和解扩解调的数目，可以为需要解调接收的物理信道分配尽可能多的可用径接收单元，以对同一物理信道可以参与合并的有效多径进行解扩解调、多径合并，提高物理资源的利用率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，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。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。