延迟搜索器与延迟跟踪器在为瑞克指指配新延迟中的交互作用 发明领域
本发明与直接序列扩频接收机有关，具体地说，涉及在为瑞克(rake)接收机指配新延迟中延迟搜索器与延迟跟踪器之间的交互作用的技术。
发明背景
在一个典型的射频(RF)通信系统中，发射信号可能通过例如一个直接路径和一个反射路径的多个路径从一个发射机传播到一个接收机。每个路径可以认为是一个独立的信道，受到衰落、耗散等等的影响。此外，一些信号在接收机合并在一起可能会导致附加的衰落。这样的工作环境称为多路径衰落环境。直接序列扩频(DS-SS)接收机可以在多路径衰落环境中工作。DS-SS接收机通常包括一个利用多个称为瑞克指的解调分支对接收信号解调。每个瑞克指对来自若干个信道路径之一的信号分量(这样的信号分量称为多路径分量)解调。通过合并这些瑞克指的输出可以使性能得到改善。
在多路径信道的情况下，一个发射信号将以一些分量的形式到达，每个分量具有不同地延迟。这些分量可以区别和分辨，如果延迟差别充分大的话。然而为了对这些信号解调，瑞克接收机必须知道每个信道路径的延迟。
通常，瑞克接收机有延迟搜索器和延迟跟踪器配合工作。延迟搜索器对接收信号进行分析，找出这些延迟。这些延迟分配给各个瑞克指。然而，在移动通信中，信道可能受到由于接收机的运动而引起的附加衰落的影响。延迟跟踪器在各次信道搜索之间跟踪搜索器指定的延迟。因此，搜索器检查大范围的延迟，而跟踪器检查的是指定延迟附近的一个较小的范围。
利用这样的配置，在一次新的搜索后的重新指配期间可能产生一些问题。一个问题是精度在新的搜索后降低。通常，延迟搜索器所用的分辩率比延迟跟踪器的低。在执行一次新的搜索时，延迟搜索器可能发现一个路径，它的延迟接近但不是完全与跟踪器跟踪的相同。这个路径可能实际上就是延迟跟踪器跟踪的同一个路径。检测到的延迟所以有差别是由于延迟搜索器的分辩率较低。然而，延迟搜索器会为瑞克指指定这个新延迟，从而导致在跟踪器随后调整好新延迟之前精度较低的结果。
另一个问题是对瑞克指延迟的不必要重新定位。通常，延迟搜索器为第一瑞克指指定一个与最早到达的信道关联的延迟。同样，下一个到达的信道路径分配给下一个瑞克指，如此等等。由于信道路径变化会引起的相对信号强度的起伏，从而可能导致同一个信道路径在以后的搜索后会重新指配给另一个瑞克指。这种重新指配需要时间，而数据可能在将同一个信道路径重新指配给另一个瑞克指期间丢失。
本发明的目的是以一种新颖而简单的方式克服以上所述的一个或多个问题。
发明概述
按照本发明，所揭示的设备和方法利用延迟搜索器与延迟跟踪器的交互作用来为瑞克接收机指配新延迟。
概括地说，在这里所揭示的在多路径衰落环境中工作的直接序列扩频接收机包括一个具有多个瑞克指的瑞克接收机。每个瑞克指对来自多个信道路径之一的接收信号分量(即一个多路径分量)解调。这些瑞克指的输出被合并在一起。每个瑞克指利用一个选择指定延迟与为它指定的信道路径的延迟同步。有一个搜索器周期性地对接收信号执行信道搜索，检测信道内一些最强路径的新延迟。每个信道路径一个的多个跟踪器在搜索器执行的各次搜索之间调整选择指定延迟。一个与搜索器和跟踪器连接的延迟控制器将搜索器得到的这些最强路径的新延迟与选择指定延迟相比较，而只有在一个新延迟与一个选择指定延迟相差大于一个预选的最小量时才用这个新延迟重新指定这个选择指定延迟。
本发明的一个特点是延迟控制器将检测到的每个最强的路径的延迟与每个选择指定延迟相比较，以确定最接近选择指定延迟之一的新延迟。延迟控制器确定所确定的最接近的新延迟是与一个选择指定延迟属于同一个路径，如果检测到的最接近的新延迟与这个选择指定延迟相差小于预选的最小量的话。
本发明的另一个特点是，延迟控制器用检测到的新延迟中最接近的重新指定选择指定延迟。
按照本发明的另一个方面，所揭示的在一个多路径衰落信道内工作的直接序列扩频接收机包括一个具有多个瑞克指的瑞克接收机。每个瑞克指对来自多个信道路径之一的接收信号进行解调。将这些瑞克指的输出合并在一起。每个瑞克指利用一个选择指定延迟与为它指定的信道路径的延迟同步。有一个搜索器周期性地对接收信号执行信道搜索，检测信道内一些最强路径的新延迟。一个与搜索器连接的延迟控制器将从搜索器得到的这些最强路径的新延迟与选择指定延迟相比较，用新延迟中最接近的重新指定选择指定延迟。
按照本发明的另一个方面，所揭示的处理在一个多路径衰落信道内的接收信号的方法包括下列步骤：利用一些选择指定延迟分别与多个信道路径的延迟同步，对来自每个信道路径的接收信号解调；周期性地执行信道搜索，检测信道内一些最强路径的新延迟；在各次信道搜索之间调整选择指定延迟；以及将这些最强路径的新延迟与选择指定延迟相比较，只有在一个新延迟与一个选择指定延迟相差大于一个预选的最小量时才用这个新延迟重新指定这个选择指定延迟。
按照本发明的又一方面，所揭示的处理在一个多路径衰落信道内的接收信号的方法包括下列步骤：利用一些选择指定延迟分别与多个信道路径的延迟同步，对来自每个信道路径的接收信号解调；周期性地执行信道搜索，检测信道内一些最强路径的新延迟；以及将这些最强路径的新延迟与选择指定延迟相比较，用新延迟中最接近的重新指定选择指定延迟。
从以下说明和附图中可以清楚地看到本发明的其它特点和优点。
附图简要说明
图1为本发明的直接序列扩频接收机的方框图；
图2为图1中的基带处理器的方框图；以及
图3为图2中的瑞克指定位控制器执行的流程图。
发明详细说明
图1例示了本发明的直接序列扩频(DS-SS)接收机10。接收机10在有多路径衰落的信道内工作，通过天线12接收发送的RF信号。RF信号由部件14从RF下变频到基带，所得到的复基带信号通过线16提供给基带处理器18。虽然为了简单起见例示的是一个单天线接收机，但是可以理解，本发明可以用于具有阵列天线12的接收机，从而就有一组信号分量提供给处理器18。
图2详细地例示了基带处理器18。加到线16上的基带信号用与码片(chip)脉冲波形匹配的匹配滤波器20滤波。如果在RF部分14内信道化滤波充分的话，这个滤波器可以省去。经滤波的基带信号由部件22采样成每个码片有K个样点。在一个实施例中，K等于8。经采样的信号加到瑞克接收机24、延迟跟踪器26和降采样器28上。降采样器28将信号降采样成每个码片L个样点提供给延迟搜索器30，其中L为小于K的某个整数。在一个实施例中，L等于2。延迟跟踪器26和延迟搜索器30又接至延迟控制器32，而延迟控制器32反过来再接至瑞克接收机24和延迟跟踪器26。
瑞克接收机24可以具有任何包括若干个也称为瑞克指的解调分支的传统结构。每个瑞克指接收来自若干个信道路径之一的信号分量(称为多路径分量)，予以解调。然后，这些瑞克指的输出合并成一个输出信号加到线34上，表示原来的发送信号。对于一个对来自一个信道路径的信号解调的瑞克指来说，这个指必须能与这个路径的延迟同步。路径的延迟表示一段相对一个时间基准的时间，以微秒、样点或码片数计。延迟搜索器30检测信道中那些最强路径的延迟。具体地说，延迟搜索器30可以具有传统结构，周期性地进行信道搜索，发现信道中的一些强路径的新延迟。在1998年6月12日提出的转让给本申请的受让方的美国专利申请No.09/096,960“CDMA接收机的领示信号强度测量和多路径延迟搜索器”(“Pilot Strength Measurement andMultipath Delay Searcher for CDMA Receiver”)中揭示了滑动相关搜索器的一个例子，这个专利申请的说明在这里列为参考。在现有的DS-SS接收机中，这些新延迟直接给瑞克接收器24来代替一些先前指定的延迟。延迟跟踪器26也具有传统结构。延迟跟踪器26对这些为瑞克接收机24指定的延迟估计进行微调。每个瑞克指有一个相应的跟踪器，在搜索器30执行的各次搜索之间对指定给本瑞克指的信道的延迟进行更新和微调。
可以理解，与一个多路径信道关联的延迟和与在这个多路径信道上接收的多路径分量关联的延迟是相同的。因此，术语“路径延迟”和“分量延迟”是可以互换的。
按照本发明，为瑞克接收机24指定的、由延迟跟踪器26微调的这些特定的延迟由瑞克指定位控制器32确定，而不是由搜索器30确定。延迟搜索器30在很宽的信道延迟范围内进行周期性的搜索，检测新的信道路径延迟。由于搜索器30在很宽的信道可能延迟的范围内进行搜索，为了加快搜索过程和简化实现设备，搜索是以如部件28将采样降低到每个码片L个样点所示那样的较低采样率执行的。采样率降低导致延迟搜索器30不够精确。在搜索器30完成了一次新的搜索时，如果出现一些更强的信道路径，就可以更新延迟跟踪器26和瑞克接收机24所用的那些延迟。按照本发明，延迟控制器32用搜索器30检测到的延迟更新跟踪器26跟踪和微调的延迟，使得这个更新过程不会导致瑞克接收机24的性能下降。
基带处理器18可以包括一个执行图2所示各种功能的程控微处理器或控制器。图3例示了实现延迟控制器32的功能的程序的流程图。在这种实现方式中，瑞克指定位控制器利用了一个为瑞克接收机24指定新延迟的矩阵。瑞克接收机24内瑞克指的数目可以是固定的或可变的。通常，这个数目是可变的，主要取决于检测到的信号充分强的信道路径的数目。因此，在每次新的信道搜索后，发现的路径数和为瑞克接收机24指定的延迟数是可变的。
图3这个流程图假定了在任何搜索后延迟搜索器30发现M个延迟为S(i)的新信道路径，其中1≤i≤M。还假定在完成这次搜索前延迟跟踪器26跟踪N个延迟为T(j)的路径，其中1≤j≤N。在一个典型的实施例中，延迟S(i)和T(j)以样点为单位计，其中一个样点为码片周期的1/8。变量S(i)表示搜索器30发现的新检测到的延迟。变量T(j)表示延迟跟踪器26跟踪和调整的当前延迟。
参见图3，来自搜索器30的M个延迟和来自延迟跟踪器26的N个延迟加到方框40上，形成一个N行、M列的控制器矩阵。这个矩阵中的每一个元是S(i)-T(j)的绝对值。以下例示了一个对于M＝4和N＝3的例子。
S(1) S(2) S(3) S(4)T(1) ｜S(1)-T(1)｜ ｜S(2)-T(1)｜ ｜S(3)-T(1)｜ ｜S(4)-T(1)｜T(2) ｜S(1)-T(2)｜ ｜S(2)-T(2)｜ ｜S(3)-T(2)｜ ｜S(4)-T(2)｜T(3) ｜S(1)-T(3)｜ ｜S(2)-T(3)｜ ｜S(3)-T(3)｜ ｜S(4)-T(3)｜
变量m在方框42初始化为零。方框44将变量m加1.方框46将变量z设置为等于在方框40形成的控制器矩阵中最小的元。元z相应于搜索器30检测到的离延迟跟踪器26之一正在跟踪的延迟最近的新延迟。例如，如果元z位于行序号2和列序号3，这就是指搜索器30检测到的第三检测路径与第二跟踪器路径是最接近的。在方框48，将值r设置为在方框46确定的最小的元的行序号，而将一个变量c设置为在方框46确定的控制器矩阵中最小的元的列序号。然后，方框50删除在方框40形成的控制器矩阵的行r内的所有的元和列c内的所有的元。这样修改后的矩阵成为：
S(1) S(2) S(4)T(1) ｜S(1)-T(1)｜ ｜S(2)-T(1)｜ ｜S(4)-T(1)｜T(3) ｜S(1)-T(3)｜ ｜S(2)-T(3)｜ ｜S(4)-T(3)｜
结果，如果重新分配第二跟踪器，它将重新分配到跟踪第三搜索器延迟。在方框50删除这些元就防止了再将其他延迟分配给第二跟踪器或再将第三搜索器新延迟分配给其他跟踪器。
判决方框52确定变量z是否大于一个预定参数δ。值δ确定了所用的分辩率。δ的典型值为2的幂，即0.25个码片周期。如果z＞δ，这表示搜索器检测到的这个路径(在本例中为路径3)是一个新路径，有着与相应跟踪器路径(在本例中为路径2)显著不同的延迟。如果是这样的话，就在方框54将跟踪器延迟T(r)设置为等于搜索器延迟S(c)。相反，如果z不大于δ，这表示搜索器检测到的第三路径与正在跟踪的路径相同，于是不改变延迟T(r)，在方框56将它保持为老值。这个新延迟T(r)还是分配给这个相应的瑞克指。
控制从方框56通过节点A进至判决方框58，确定在控制矩阵中是否还有其余的元。如果有的话，控制就返回到方框44。于是，重复上面对方框44至方框56所述的处理，直到控制器矩阵中所有的元都被删除。如果M＝N或M＜N，搜索器检测到的这些路径就都分配给了瑞克接收机24和延迟跟踪器26，处理过程完成。否则，就有追加的路径需分配给一些跟踪器，如下面具体说明的那样。
如果在判决方框58发现在控制器矩阵内再没有其它元，于是判决方框60确定是否m＝M。如果是这样的话，这个处理过程就完成了。然而，在路径数减少的情况下，即如果M＜N，于是有N-M个跟踪器既没有确认用原来的延迟，也没有分配到新的路径。这些跟踪器和它们的相应瑞克指因此就在方框62断开，从而这个例行程序在方框64终止。相反，如果M＞N，就说明搜索器30检测到的新路径比这些跟踪器26当前正在跟踪的路径多。如果在方框60得出m不等于M，就出现这种情况。在这种情况下，变量m在方框66加1。方框68将列序号c设置为从1到M中任何先前在方框68还没有分配的列序号c。跟踪器T(m)于是在方框70指配给延迟S(c)。然后，判决方框72确定m是否等于M。如果是这样的话，控制就转到方框64，例行程序终止。如果不是这样，控制就返回到方框66，继续将搜索器检测到的其余路径指配给跟踪器26和瑞克指。
从方框52进至方框54意味着矩阵中的最小的元超过门限δ。因此，所有其余的元也将超过δ，这意味着其余的搜索器延迟应该指配给一些延迟跟踪器。
从以上说明可见，瑞克指定位控制器使上面所述的跟踪器的精度降低和不必要的重新定位的问题减到最小。选择控制器矩阵中最小的元保证了没有不必要的对瑞克指的重新定位。在重新指定跟踪器前用δ比较，确保了跟踪器只有在必要时才重新指配。具体地说，这种方法对延迟相互接近的搜索器和跟踪器延迟对进行标识，只有在信道路径不同时才为跟踪器指定搜索器新检测到的延迟。
DS-SS接收机可以不用延迟跟踪器实现。而改为瑞克指直接使用搜索器检测到的路径而不进行微调。这特别适合搜索器硬件允许搜索器能以每个码片有许多样点进行工作的情况。在这样设计的接收机中，就不存在上面所论述的精度降低问题。即使搜索器具有良好的分辩率(每个码片有足够的样点)，仍可以利用延迟跟踪器使搜索器更新之间的延迟估计可以更加精确。因此，仍可以用按照本发明设计的基带处理器18来消除不必要的对瑞克指重新定位的问题。
虽然本发明以多个瑞克指的瑞克接收机进行说明，但是本发明也可以用于其他形成的瑞克接收。例如，瑞克接收机可以实现为一个滑动相关器再后接一个抽头延迟线。滑动相关器产生一些与相继的延迟值相应的解扩值。这些解扩值然后保存在抽头延迟线内。一个瑞克指就相应于抽头延迟线上一个抽出供瑞克合并用的抽头的位置。
本发明的关键一点是不对指配到现有信道路径的瑞克指进行扰乱解调的重新指配。这意味着不仅保留来自延迟跟踪器的延迟估计，而且还保留用于这个瑞克指的其他解调信息，例如信道系数估计，也许还有自动频率校正(AFC)估计。采用传统的瑞克合并，解扩值要乘以相应信道系数的复共轭。信道系数可以利用领示信道、领示码元和/或判决反馈加以估计。此外，考虑到本机振荡器的不完善或在信道路径内的多普勒频移，可能需要有AFC估计，诸如频率误差估计和/或相位估计，信道估计和AFC在1997年12月16日提出的、转让给本申请的受让人的未决美国申请No.08/991,770“在DS-SS CDMA接收机中频率截获和跟踪的方法和装置”(“Method and Apparatus forFrequency Acquisition and Tracking in DS-SS CDMA Receivers”)中有详细的论述，该申请在这里列为参考。因此，在图3中，方框56不仅是保留延迟估计，而且还保留与瑞克指关联的其他估计。
在对一些瑞克指进行在图3的方框54的重新指配时，信道和AFC估计必须重新初始化。最简单的解决方案是将信道系数设置为零，也将AFC相位和频率误差估计设置为零。然而，在到这些估计成为精确的以前会有一段延迟，从而延误了新近指配的瑞克指的有效使用。为了减小这个延迟，按照本发明，将这些估计初始化为非零值。对于信道估计来说，信道系数初始化为一个初始测量值，也许再保守一点，以考虑到这个测量值是有噪声的。例如，在有一个诸如IS 95之类的领示信道的系统中，可用与这个领示信道的初始相关来初始化信道系数。
对于AFC(如果有的话)来说，频率误差估计可以初始化为从另一个瑞克指(例如最强的瑞克指)得到的或从某个根据多个瑞克指综合的频率误差估计得到的一个现有估计。如果AFC使用一个锁相环，相位就可以初始化为首先测量的信道系数值的相位。例如，在有一个诸如IS 95之类的领示信道的系统中，可用与这个领示信道的最初相关的相位来初始化相位估计。因此，通常从第一组信道路径(例如现有的瑞克指)得到的解调信息可以用来初始化对来自第二组信道路径(例如新的瑞克指)的解调。每一组可以含有一个或多个元。
瑞克指的初始化也发生在接收机最初接通时。对于这种情况，也可以采用根据最初测量结果或一组最初测量结果进行初始化。对于AFC来说，频率误差估计可以初始化为一个从某个初始的粗频率误差估计得到的值或者初始化为零。
如熟悉该技术领域的人员可以看到的那样，本发明可以体现为一些方法或设备。因此，本发明可以呈现为完全用硬件实施、完全用软件实施或用软件和硬件联合实施的形式。
以上部分结合例示本发明一个实施例的流程图的图3对本发明作了说明。很清楚，流程图的每个方框和流程图内一些方框的组合都可以用计算机程序指令实现。这些表示各个步骤的程序指令可以提供给一个处理器来形成一个设备。
因此，流程图的一些方框支持执行这些指定功能的装置的组合和执行这些指定功能的步骤的组合。还可以理解，流程图各个方框和流程图内一些方框的组合可以用执行规定操作或步骤的基于专用硬件的系统来实现，也可以用专用硬件和计算机指令的组合来实现。
因此，本发明所揭示的是一种通过延迟搜索器与延迟跟踪器交互作用为瑞克指指配新延迟的直接序列扩频接收机。