一种提高搜索器准确度和精度的方法及装置 【技术领域】
本发明涉及通讯领域的CDMA(码分多址)通讯系统，具体地说涉及一种用于CDMA通讯系统提高搜索器准确度和精度的方法及装置。
背景技术
CDMA比FDMA(频分多址)和TDMA(时分多址)有许多独特的优点，综合频域、时域和码域三维信息处理，具有抗干扰性好，抗多径衰落强，保密安全性高，容量和质量之间可做权衡取舍等属性。系统容量理论上比模拟网大20倍。实际要比模拟网大10倍，比GSM要大4-5倍。
CDMA通讯系统中广泛采用Rake技术实现基带处理。发射机发出的扩频信号，在传输过程中受到不同建筑物、山岗等多种障碍物的反射和折射，到达接收机时每个路径具有不同的延迟，形成多径信号。如果不同路径信号的延迟超过一个扩频码码片的宽度，接收机可将不同的路径区别开来，将这些不同路径分别经过不同的延迟线，对齐以及合并在一起，达到变害为利，把原来是干扰的信号变成有用信号组合在一起，这就是RAKE接收机的基本原理。
对不同路径区分是由搜索器完成的，搜索器是Rake接收机中的关键部分。其性能决定了基带处理性能，直接影响链路性能、服务质量和系统容量。衡量搜索器的指标有搜索算法复杂度、搜索精度、搜索准确度等。目前的搜索器都是使用非相干搜索算法，搜索准确度不高，但计算复杂度不低。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种提高搜索器的搜索准确度和精度的方法。
本发明的又一目的在于提供一种用于实现上述方法的搜索器装置。
本发明在不提高算法计算复杂度和硬件实现复杂度的前提下，可以有效地提高搜索器地搜索准确度和精度。
本发明是这样实现的：
一种提高搜索器的搜索准确度和精度的方法，包括如下步骤：
步骤一：对控制信道进行解扰解扩处理，获得控制信道的导频位符号信息；
步骤二：将得到的导频位符号和已知导频信息位对应相乘；
步骤三：将乘积求平均，求平均可以以时隙、帧、多帧为单位进行，由当前的信道环境、业务量、服务质量等参数决定；
步骤四：将平均值的平方作为当前时刻的导频能量，输入到峰值检测器即可进行多径识别。
其中，Rake接收器的基站接收到的基带信号XI(t)和XQ(t)，首先进入码滤波器组，码滤波器的扰码SCI(t)和SCQ(t)配置成用户所需的。码滤波器完成对输入基带信号完成解扰解扩处理，并且导频信道的扩频码是固定的。
其中解扰解扩的运算过程为：首先，码滤波器组根据扰码实部SCI(t)和虚部SCQ(t)对输入基带信号XI(t)和XQ(t)完成解扰解扩运算。
在一个WCDMA无线多径信道，用户有L条路径，则其信道响应为：
h(t)=Σl=1Lαlδ(t-τl)ejφl]]>
式中，τl、αl、φl分别为用户的第l条路径的时延、衰减因子和相位。搜索器就是对路径时延τl进行估计。
天线收到的信号经过LPF以后得到：
XI(t)=α2[I(t-τ)cosφ+Q(t-τ)sinφ]]]>
XQ(t)=α2[-I(t-τ)sinφ+Q(t-τ)cosφ]]]>
解扰解扩算法如下：
Z1=∫(n-1)TbnTbXI(t)·SCQ(t′)dt=-αβc2pncosφ]]>
Z2=∫(n-1)TbnTbXQ(t)·SCI(t′)dt=-αβc2pncosφ]]>
以上利用了WCDMA控制信道所采用0号OVSF码的特点。
其中：Tb为符号周期，Pn为导频的第n位，βc为功率增益因子。
Z12＝Z2-Z1＝αβcpncosφ
同理我们可得到：
Z3=∫(n-1)TbnTbXI(t)·SCI(t′)dt=-αβc2pnsinφ]]>
Z4=∫(n-1)TbnTbXQ(t)·SCQ(t′)dt=-αβc2pnsinφ]]>
Z34＝Z3+Z4＝αβcpnsinφ
其中，解扰解扩得到Z34、Z12两项，这两项是符号级数据流。与对应的导频位在乘法器中分别相乘，在积分器中根据导频位分别积分，在平方器中求平方，最后在加法器求和，获得当前搜索值，其中，求和时间窗长度和所采用的搜索器系统配置有关，搜索准确度和求和的时间窗长度成正比，时间窗长度太长无法及时反映多径时间的变化，同时对系统运算能力要求提高。
相干累计部分的算法为：
E=(1NΣi=1Npi·Z12(i))2+(1NΣi=1Npi·Z34(i))2]]>
其中，E即为当前时间相位下的导频能量，N为积分常数。当N等于一个时隙的导频位数时，表示搜索器以时隙为单位进行累积。
其中，由于其他信道的多址干扰以及噪声的干扰可能会造成峰值衰减甚至出现伪峰，因此可以采用增加积分常数来获得时间增益。
一种提高搜索器准确度和精度的装置，包括：
码滤波器组模块，由四个码滤波器组成，对输入基带信号完成解扰解扩处理；
相干积累模块，包括两个并行的装置链、一个加法器，用于完成导频位的相干叠加；
所述装置链依次由乘法器、积分器、平方器构成，乘法器的输出给积分器，积分器的输出给平方器，两个并行的装置链都在经平方器运算后输出给加法器，进行加法运算，获得当前搜索值；
所述加法器的输出给峰值检测器。
所述的搜索器装置为Rake接收器的组成部分。
本发明采用相干方法实现能量估计，比非相干具有更高的处理信噪比。算法运算量不变。采用该算法的搜索器结构和常规搜索器结构相同，只是增加了对搜索器的导频配置，复杂度和成本变化不大，是一个非常有实用价值的算法。本发明适用于对多径进行准确估计、跟踪。当接收信号的输入信噪比较低时，可以体现出该方法的优越性。因此，可以和非相干搜索器结合使用。
【附图说明】
图1给出CDMA系统的基带处理框图；
图2给出本发明搜索器的结构框图；
图3a与图3b给出本发明和常规搜索器在Matlab环境下的性能仿真结果。
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明：
请参阅图1。射频信号由天线单元(11)接收，经过射频通道(12)变为零中频基带信号，再经过A/D采样(13)变为数字信号进入CDMA基带处理器-Rake接收器(14)。在Rake接收器(14)中，首先由搜索器(141)获得多径能量，多径分配器(142)根据分配策略从搜索器(141)的输出中得到多径相位，多径相位被分配给径跟踪和解扰解扩器(143)、(144)、(145)完成单个径的基带处理，输出的每个径的符号信息进入信道估计和多径合并器(146)中完成多径合并，输出基带信号。
采用本发明的WCDMA基带处理的理论推导如下：
首先，码滤波器组根据扰码实部SCI(t)和虚部SCQ(t)对输入基带信号XI(t)和XQ(t)完成解扰解扩运算。
在一个WCDMA无线多径信道，用户有L条路径，则其信道响应为：
h(t)=Σl=1Lαlδ(t-τl)ejφl]]>
式中，τl、αl、φl分别为用户的第l条路径的时延、衰减因子和相位。搜索器就是对路径时延τl进行估计。
天线收到的信号经过LPF以后得到：
XI(t)=α2[I(t-τ)cosφ+Q(t-τ)sinφ]]]>
XQ(t)=α2[-I(t-τ)sinφ+Q(t-τ)cosφ]]]>
解扰解扩算法如下：
Z1=∫(n-1)TbnTbXI(t)·SCQ(t′)dt=-αβc2pncosφ]]>
Z2=∫(n-1)TbnTbXQ(t)·SCI(t′)dt=-αβc2pncosφ]]>
以上利用了WCDMA控制信道所采用0号OVSF码的特点。
其中：Tb为符号周期，pn为导频的第n位，βc为功率增益因子。
Z12＝Z2-Z1＝αβcpncosφ
同理我们可得到：
Z3=∫(n-1)TbnTbXI(t)·SCI(t′)dt=-αβc2pnsinφ]]>
Z4=∫(n-1)TbnTbXQ(t)·SCQ(t′)dt=-αβc2pnsinφ]]>
Z34＝Z3+Z4＝αβcpnsinφ
其次，对和进行相干累积：
E=(1NΣi=1Npi·Z12(i))2+(1NΣi=1Npi·Z34(i))2]]>
其中，E即为当前时间相位下的导频能量，N为积分常数。当N等于一个时隙的导频位数时，表示搜索器以时隙为单位进行累积。由于其他信道的多址干扰以及噪声的干扰可能会造成峰值衰减甚至出现伪峰，因此可以采用增加积分常数来获得时间增益。
采用本发明的WCDMA搜索器结构如图2所示。具体由两个模块组成：码滤波器组模块(21)，相干积累模块(22)。
码滤波器组模块完成解扰解扩，相干累积模块完成导频位的相干叠加。
基站接收到的基带信号XI(t)和XQ(t)，首先进入码滤波器组(21)，码滤波器(211、212、213、214)的扰码SCI(t)和SCQ(t)配置成用户所需的。码滤波器(211、212、213、214)完成对输入基带信号完成解扰解扩处理。导频信道的扩频码是固定的。
其次解扰解扩得到Z34、Z12两项，这两项是符号级数据流。与对应的导频位在乘法器(2211、2212)中分别相乘，在积分器(2221、2222)中根据导频位分别积分，在(2231、2232)中求平方，最后在加法器(224)求和，获得当前搜索值。求和时间窗长度和所采用的搜索器系统配置有关。搜索准确度和求和的时间窗长度成正比。时间窗长度太长无法及时反映多径时间的变化，同时对系统运算能力要求提高。
图3a与图3b显示了采用本发明的搜索器和常规搜索器在Matlab环境下的性能仿真结果。其中图3a为非相干搜索器输出，图3b为本方法的搜索器输出。
仿真条件如下：
符合3Gpp的数据源，20用户，每用户4个多径。
理想多径时延值为3，28，48，54，单位chip。
理想多径衰落值为1.0000，0.5828，0.4154，0.6833。
两种搜索器的积分常数均为一个帧。
仿真结果如下：
1)图3a时延估计值为3.0000，54.1250，64.6250，82.7500。图3b时延估计值为2.8750，28.0000，54.0000，149.6250。从结果可以看出，图3a有两个伪径，图3b有一个伪径。搜索精度得到提高。
2)从图3a看到，最大的两个径的能量几乎相同。由仿真条件中给出的多径衰落可以看出，最大径和次大径的能量比理想应该为(1/0.6833)2＝2.14。即次大径的能量近似为最大径能量的1/2。因此，可以断定图3a中的次大径已经受到严重干扰。
3)从图3b看到，最大径和次大径、第三径之间的比例关系近似和仿真条件吻合。