WCDMA系统基站中随机接入信道前缀捕获的方法和装置 【技术领域】
本发明涉及WCDMA(宽带码分多址)移动通信技术，具体指WCDMA移动通信扩频系统上行随机接入信道前缀捕获的一种方法和装置。背景技术
在移动通信系统中，当手机需要进行通话时，他首先必须进行接入请求，而基站则需要对本小区内的用户的接入请求进行响应。宽带码分多址移动通信系统中，与上行接入相关的信道是上行接入信道，上行接入信道又由前缀(preamble)和信息(message)两部分组成，其中，preamble由扰码、签名和相位因子组成，签名代表不同的用户。捕获的目的就是通过对可能的16个签名(签名属于一个哈达码组，包含16个不同的签名序列)进行相关检测，从而确定是否有用户正请求接入以及请求接入时使用的签名号是哪一个，同时需要得到无线信道传播时产生的各条多径的偏移，以便利用多径信息对message部分进行解调。
由于捕获的一个目的是进行多径搜索，所以如何实现快速简单的搜索模块是捕获的一个关键问题，目前一般采用的是匹配滤波地方法，采用这种方法从实现的角度来说比较简单，但需要占用较多的系统资源。发明内容
本发明的目的是针对preamble捕获中存在的难点，提供一种适用于宽带码分多址系统上行随机接入信道preamble捕获的方法及装置。通过该方法或装置，在实现快速和准确的捕获的同时能够尽可能降低电路的复杂度，并且节省系统资源。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案，即一种WCDMA系统基站中随机接入信道前缀捕获的方法，包括下列步骤：
1)利用24个延迟线抽头的输入信号与16个不同相位的扰码的去扰相关计算，得到在384种可能的多径偏移情况下的相关结果。
2)对去扰以后的相关结果进行去除相位因子的处理。
3)采用控制读写RAM(随机读取存储器)的方式，进行哈达码变换，得到针对于16种可能的签名的相关结果。
4)对以上得到的所有复数相关结果进行求模，得到幅度。
5)分别对各个签名的384个相关幅度进行排序，得到每个签名对应的最大的几个相关幅度及多径位置，以及最大幅度大于门限的几个签名号。
6)将判决结果存入寄存器以便读取。
在上述的WCDMA系统基站中随机接入信道前缀捕获方法中，其中，24个延迟线抽头，每两个抽头的信号之间有1/2码片的时延，16个不同相位的扰码在一个码片的16个系统时钟内时分复用，每两个扰码的相位相差12码片。
根据以上的技术方案，本发明还提供了一种WCDMA系统基站中随机接入信道前缀捕获的装置，包括相关器组模块、相位处理模块、哈达码变换模块、求模模块、排序判决模块、判决结果存储模块、缓存单元和码发生器，所述的码发生器连接至相关器组模块，所述的缓存单元分别与相关器组模块、相位处理模块、和哈达码变换模块进行双向互连，所述的求模模块、排序及判决模块和判决结果存储模块依次单向相连，且求模模块与缓存单元还单向连接；其中：相关器组模块和码发生器配合，用于计算不同多径偏移下的相关值(接收信号扰码相位与本地扰码相位之间的偏移)，其中码发生器产生16路时分复用且相位依次相差12码片的扰码；相位处理模块，用于去除发射端调制过程中加入的相位因子(在发送端调制时加上的)；哈达码变换模块，用于得到针对于16个不同的签名号的相关值；缓存单元，用于存储数据处理的中间结果，包括相关解扰后的数据、相位处理后数据以及哈达码变换后的数据，并且根据依次进行的相关解扰、相位处理和哈达码变换，对缓存单元依次占用，即缓存单元各阶段存储不同的数据；求模模块，用于对复数相关结果进行求幅度；排序判决模块，用于确定各个签名的多径位置及幅度以及签名的最大相关幅度是否超过门限；判决结果存储模块，用于存储最后的结果，包括超过门限的签名号、签名的多径位置及幅度。
上述的WCDMA系统基站中随机接入信道前缀捕获的装置，其中，相关器组模块包括用来产生不同延迟的信号的24个延迟单元和用于相关解扰的24个相关器，利用相关器对延迟线抽头过来的信号和码发生器产生的扰码进行相关解扰运算。
上述的WCDMA系统基站中随机接入信道前缀捕获的装置，其中，相关器包括一个多路控制选择器和两个分别与该多路控制选择器相连的加/减法器，通过码发生器产生的扰码对加/减法器进行控制的方式实现信号的相关解扰，并将累加的中间结果存入所述的缓存单元。
采用了上述的技术解决方案，本发明在实现多径搜索方面采用了输入数据延迟抽头和扰码相位相配合的方式进行，延迟线抽头有24个，每两个抽头之间相差1/2chip(码片)，24个抽头的的时延分别为0chip到11又1/2chip，而码发生器产生的16路扰码的相位之间都相差12chip这样就可以通过两者的配合产生0chip到191又1/2chip的各种延时，其精度为1/2chip。由于码发生器的16路扰码是在一个chip的16个时钟里时分产生的，所以使得占用的系统资源比完全采用延迟线抽头(或匹配滤波器)的方式要大大减少。另外在进行快速哈达码变换时采用控制读写RAM的方式，以及在RAM的使用上采用分阶段重复利用的方式，大大提高了系统资源利用率。附图说明
图1是本发明捕获装置结构的功能框图；
图2是本发明捕获装置中的相关器组模块的结构框图；
图3a是相关计算和相位处理阶段缓存单元内RAM的存储模式；
图3b是经过哈达码变换后缓存单元内RAM的存储模式；
图4是相关器内部的结构框图；
图5是16路扰码时分复用示意图；
图6是哈达码变换模块与与RAM相连的内部结构图。具体实施方式
本发明能够在相对简单的电路结构下实现preamble的快速捕获，它适用于WCDMA通信系统上行多用户随机接入的preamble快速捕获。
在WCDMA通信系统的接收机中，针对于随机接入信道(RACH)有一个preamble的捕获装置。RACH信道的preamble部分是由签名(signature，是一组长度为16的哈达码共16个，用于标志不同的用户)经过扰码加扰后形成的，如下式：
pre(n)＝Scrm(n)*Sig(n)*exp(j*(PI/4+n*PI/2))，n＝0，…，4095。
其中Scrm(n)代表上行RACH preamble中的扰码，Sig(n)代表某个签名，后面为复数相位部分。
WCDMA系统的信道使用的扰码均为正交GOLD码，长度为38400，它用来区分不同的信道或用户，比如对于多用户随机接入来说，可能会有多个用户同时请求接入(即向基站发送RACH信道)，那么我们可以通过他们使用的各不相同(各个用户使用哪个扰码是由基站统一进行分配的)且相互正交的扰码进行区分。
针对WCDMA系统RACH的preamble的组成，preamble捕获装置需要对接收信号进行解扰并且针对所有可能的签名号进行哈达码变换的运算，从而通过计算结果检测出所接收到的签名号。Preamble捕获装置的另一个重要目的是进行多径检测，所以在解扰的处理上本装置采用了相关器组进行相关计算，通过对不同的偏移(本地扰码和接收信号的扰码之间的相位差)下的计算结果进行比较从而得到多径偏移和幅度。
一、本发明采用的处理流程如下：
1)24个延迟线抽头的输入信号与16个不同相位的扰码的去扰相关计算，得到在各种(384种)可能的多径偏移情况下的相关结果。
2)对去扰以后的相关结果进行去除相位因子的处理。
3)采用控制读写RAM的方式，进行哈达码变换，得到针对于16种可能的签名的相关结果。
4)对以上得到的所有复数相关结果进行求模，得到幅度。
5)分别对各个签名的384个相关幅度进行排序，得到每个签名对应的最大的几个相关幅度及多径位置，以及最大幅度大于门限的几个签名号。
6)将判决结果存入寄存器以便读取。
上述的24个延迟线抽头，每两个抽头的信号之间有1/2码片的时延，16个不同相位的扰码在一个码片的16个系统时钟内时分复用，每两个扰码的相位相差12码片。
二、本发明的捕获装置
如附图1所示，该装置包括相关器组模块1、码发生器2、相位处理模块3、哈达码变换模块4、缓存单元8、求模模块5、排序及判决模块6、判决结果存储模块7，所述的码发生器2连接至相关器组模块1，所述的相关器组模块1、相位处理模块3以及哈达码变换模块4三者与缓存单元8之间都是双向互连，所述的缓存单元8、求模模块5、排序及判决模块6、判决结果存储模块7依次单向相连。
码发生器2用于产生解扰所需的本地扰码，如附图5所示，它能够时分产生16路扰码，这16路扰码在一个chip(码片)的16个系统时钟内时分复用，每两路相邻的扰码之间的相位相差12chip。当然这只是针对该设计的一种选择，我们也可以通过配置码发生器内部的参数，从而控制每路扰码的相位，这样可以使捕获范围不只局限于0到192chip，增加系统捕获范围的灵活性。
如附图2所示，相关器组模块1包括用来产生不同延迟的信号的24个延迟单元11和用于相关解扰的24个相关器12，利用相关器12对延迟线抽头过来的信号和码发生器2产生的扰码进行相关解扰运算。由于码发生器2产生的16路扰码之间依次相差12chip的相位，而24个延迟线抽头信号依次相差1/2chip的相位，所以我们可以进行384种不同的偏移下的相关计算。
相关器内部的结构如附图4所示，它包括两个加/减法器121和一个多路控制选择器122，通过码发生器产生的扰码对加/减法器进行控制的方式实现信号的相关解扰，累加的中间结果存入缓存单元8。
缓存单元8中包含48个RAM81，存储I、Q路数据，如附图3A、图3B所示，RAM81的大小都是256×14，每个RAM81被等分为16个部分，它们在数据处理的各个阶段存储不同的数据，在相关计算和相位处理阶段RAM81每个部分中存放的是某个偏移位置上16个经过256次累加后的相关值。而做完哈达码变换之后，RAM81的每个部分中存放的是某个偏移位置上对应于16个签名的相关值(即4096chip的累加结果)。
相位处理模块3用于去除相位因子。
哈达码变换模块4用于对16种可能的签名进行哈达码变换，如附图6所示，哈达码变换模块4包括地址发生器41、加法器42和减法器43，其与RAM81相连，采用控制读写RAM81的方式实现哈达码变换。图中所示的是两个输入和两个输出之间是顺序进行的：1)根据读地址1从地址1中读取数据1；2)根据读地址2从地址2中读取数据2；3)将加法器42的输出即数据1和数据2的和写入RAM81的地址1中；4)将减法器43的输出即数据1和数据2的差写入RAM81的地址2中。
进行哈达码变换时，每个相关器12的数据并行处理，相关器内部的IQ两路也并行运算，所以总共有如图所示的电路48套，也就是说在缓存单元中也包含48个RAM81。对某个相关器的I或Q路相关结果，16个哈达码变换每个需要4次蝶形运算。这里的处理是一次做完16个哈达码变换的第一级蝶形，再做第二、三、四级。每个蝶形包括一次加法、一次减法，在4个时钟周期内完成。从加减法器的角度看，这四拍的操作是：读地址1数据，读地址2数据，和写入地址1，差写入地址2。读写地址产生如下：每个蝶形的两个地址(4位)有3位相同，对于每级的8个蝶形，在“000“到”111“的8个计数值分别插入‘0’和‘1’即得到每个蝶形的读写地址，对4级蝶形运算而言，插入位置依次为”^×××”，”×^××”，”××^×”，”×××^”。
求模模块5用于求取复信号的幅度。
排序及判决模块6用于对每种可能的签名的384种偏移下的相关幅度进行比较，从而得到其中幅度最大的几个幅度及其偏移，另外需要对16个可能签名的幅度之间以及它们与捕获门限之间进行比较，从而得到超过门限的最大的几个签名号。
判决结果存储模块7用于存储排序及判决模块得到的结果。