专利名称：Cdma系统中确定信号到达时间的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信，尤其涉及CDMA系统中确定信号到达时间的方法和装置。
背景技术：
CDMA系统一般使用OVSF(Orthogonal Variable SpreadingFactor正交可变长度扩频因子)码区分用户。如果不同用户的OVSF码能够同步，利用OVSF码的正交性，则理论上不同用户之间的干扰为零。因此，在CDMA系统中，获得上下行同步将显著改善接收性能。而准确判断信号到达时间是获得上下行同步的前提。需要指出的是，在实际的移动通信系统中，由于多径的存在，需要在存在多径的情况下判断信号到达的时间。
对于间隔大于一个码片时间的多径，可以通过相关运算获得每一径的到达时间以及每一径的能量大小。由于系统采用了脉冲成形，通过多倍采样，以一个码片时间为间隔，分别做相关，可以准确获得每一径能量最强的位置。
显然，在无线信道中，间隔大于一个码片时间的不同多径，每一径能量最强的位置可能不同。此外，在不同的时间点，同一条径能量最强的位置也可能不同。
由于多倍采样对硬件性能要求比较高，并且增加了运算量，现有实现方案使用对单倍采样相关运算结果进行插值的方法，获得每一径能量最强的位置。然后再通过选取最大相关峰值的方法，获得上、下行信号的到达时间。由于采用了插值(多倍采样)，该信号到达时间可以认为是所有多径中能量最强的一径的到达时间。
图1是现有技术中采用四倍采样，以一个码片的时间为间隔进行相关运算，通过四次相关运算，每一径获得四个相关运算结果的示意图。实际上，也可以通过插值运算，使每一径获得四个相关运算结果。在这个例子中，通过相关运算获得五条多径，分别处于第一个码片时间(0-T)，延迟一个码片时间(T-2T)，延迟三个码片时间(3T-4T)，延迟四个码片时间(4T-5T)和延迟五个码片时间(5T-6T)。在延时两个码片时间(2T-3T)的位置，没有检测出多径。
其中，图1中各条多径四倍采样后相关运算得到的每一采样点的能量如表1所示。即多径2四个相关运算结果中第四个相关运算结果为零，第二个相关运算结果最大，第一个和第三个相关运算结果近似相等。多径1、3、4、5四个相关运算结果中第一个相关运算结果为零，第三个相关运算结果最大，第二个和第四个相关运算结果近似相等。对于检测出来的五条多径，第二条多径能量最强，并且比其余四条多径能量强很多，这对应于存在一个占支配地位的多径信号的情况。
表1
按照现有技术方案，接收端判断信号实际到达的位置为A点。在该时间点，有相关运算最大峰值3.85。
从接收机解调角度而言，希望所确定的信号到达时间能够使接收端多径信号的总能量最强，以获得最好的接收性能。但是，采用现有的实现方案，获得的信号到达时间是该信号所有多径中能量最强的一径的到达时间。对于存在一个占支配地位的多径信号的情况，由于该径信号在所有径中占支配地位，明显可知该最强径信号到达时间也即接收端信号总能量(信号总能量为所有多径信号相同采样点能量的累加)最大的时间。故采用现有的实现方案，可以获得最好的接收性能。
而对于没有一个多径信号占支配地位的情况(如IMT-2000无线传输技术评估指南(M.1225)中室外到室内以及步行环境信道B、车载环境信道A；以及TD-SCDMA系统多径传播模型(3GPPTR25.945)中Case2，speed 3km/h(第二种情况，速度3km/h))，按照现有方案获得的信号到达时间，并不一定是接收端信号总能量最大的时间(这可从下文对图2的分析中获得)。此时采用现有的方法，从接收性能而言，并不是最好的。
因此，希望能有一种方法和装置，在没有一个多径信号占支配地位的情况下，获得最佳的接收性能。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的缺点，提供一种方法和装置，实现较好的接收效果。
本发明的CDMA系统中确定信号到达时间的方法，包括步骤接收CDMA信号；对所述接收的CDMA信号进行相关，并选取多径信号；选取满足预定规则的窗，以使所有多径信号中对应于所述窗的相关运算结果被保留，其余的相关运算结果均被滤出；获取每个所述窗的能量合；选取所有所述窗的能量合最大的窗中的多径信号点为信号到达时间，以利用该时间解码所述接收的信号。
可选地，还包括步骤对所述接收的CDMA信号进行模数转换；其中，所述相关的步骤为进行数字相关。
优选地，所述获取每个所述窗的能量合的步骤包括确定位于所述窗中的每个相关运算结果的权重；利用所述权重，获得所述窗的加权能量合。
可选地，所述选取所有所述窗的能量合最大的窗中的多径信号点为信号到达时间的步骤包括选取所述能量合最大的窗中的多径信号的相关运算结果最大值点为信号到达时间。
优选地，所述确定位于所述窗中的每个相关运算结果的权重的步骤包括所述权重均取1，或取所述权重与相关运算结果成正比的系数。
可选地，所述选取满足预定规则的窗的步骤包括选取所述窗的大小和位置，以使之包含所有选取的多径，并且每个多径在所述窗中只有一个相关结果。
优选地，所述窗的大小和位置满足对应于所述窗的相关运算结果被保留，其余的相关运算结果均被滤出。
本发明的一种CDMA系统中确定信号到达时间的装置包括接收装置，用于接收CDMA信号；相关处理装置，用于相关处理所述接收的CDMA信号，以获取所述接收的信号中的多径信号；判决装置，用于根据所述多径信号，选择能量合最大的窗中的多径信号点为信号到达时间。
可选地，装置还包括模数转换装置，用于将所述接收的模拟信号转换为数字信号；所述判决装置包括求合装置，用于将窗中相关运算结果求合。
优选地，所述判决装置还包括比较装置，用于比较每个所述的合的大小，以确定最大值。
本发明利用栅栏窗和判决权重，以判决权重最大的栅栏窗中的最强径位置作为信号到达的位置。采用该方法，考虑了多径的影响，通过对所有有用多径的综合评估，最大限度利用有用多径分量，使得在信号到达时间点上，接收端多径信号的总能量最强，从而达到最佳的接收效果。
图1是现有技术中应用于存在一个占支配地位的多径信号的情况的示意图；图2示出本发明的实施例中应用于不存在占支配地位的多径信号的信号示意图；图3是实现本发明的CDMA系统中确定信号到达时间的方法的流程图；图4示出了本发明实施例的实现获取时间点的装置。
具体实施例方式
为了便于本领域一般技术人员实施与理解本发明，下面分别参照附图通过实施例描述本发明的方法和装置。
从接收机解调角度而言，希望在信号到达时间点上，接收端多径信号的能量最强，以获得最好的信噪比，提高接收性能。由于CDMA系统能够有效分辨多径，此时信号能量最强不应该指其中的一径能量最强，而是希望所有多径总的能量最强。本发明基于这种指导思想，考虑在多径情况下确定信号到达时间，最大限度利用有用多径分量，从而达到最佳的接收效果。
图2示出本发明的实施例中不存在占支配地位的多径信号的信号示意图。图3是实现本发明的CDMA系统中确定信号到达时间的方法的流程图。应该知道，本发明的实施例虽然利用图2的不存在占支配地位的多径信号的情况描绘，本发明也可以用于如图1的存在占支配地位的多径信号的情况。
通过图2和3，描绘实现本发明的方法。参照图3，在步骤1，首先，接收机接收CDMA调制信号，然后通过A/D变换获得A/D输出的数字信号。在步骤2，进行相关运算，选取多径信号S1、S2…SN，在步骤3，直接(或者通过插值运算)获得多径信号每个码片时间内的L个相关运算结果S1.1、S1.2…S1.L；S2.1、S2.2…S2.L；…………SN.1、SN.2…SN.L；在如图2所示的本发明的实施例中，N＝5，L＝4；对图2中5条多径4倍采样后相关运算得到的每一采样点的能量如表2所示。这时，如果采用现有技术，就不能获得所有多径总的能量最强的时间点，而只能获得最强的一个径的时间点。
表2
然后，在步骤4，先选取计算判决权重的栅栏窗，实施例中选用的为矩形窗，了解数字信号处理的本领域一般技术人员知道，可以有多种窗函数。在实施例中，选用的栅栏窗长度等于所判决出的所有有用多径的长度，栅栏窗的数目等于每个码片时间内采样点的数目。不同采样点位置决定了对应的栅栏窗可见到的多径的相关运算结果。只有处于栅栏窗对应采样点上的多径相关运算结果是可见的，其余相关运算结果均像被栅栏挡住一样，不可见。然后，获取判决权重λ，它可以通过对栅栏窗中可见值的综合评估获得。在本发明的实施例中，将栅栏窗中所有可见值的和(即在该采样点上接收到的总的信号强度)作为判决权重。实际上，具体实现时还可以采用不同的原则计算获得，如使用λX.Y进行加权等。即计算∑1＝λ1.1S1.1+λ2.1S2.1+…+λN.1SN.1；∑2＝λ1.2S1.2+λ2.2S2.2+…+λN.2SN.2；…………；∑L＝λ1.LS1.L+λ2.LS2.L+…+λN.LSN.L。
计算完成后，在步骤5，比较∑1、∑2…∑L，选择最大值∑M。在步骤6，比较S1.M、S2.M…SN.M，选择最大值SP.M。在步骤7，由SP.M获得信号到达时间。图3中的参数满足其中1≤M≤L，1≤P≤N。对多径进行加权处理时，λX.Y可以正比于SX.Y；对多径不进行加权处理时，λX.Y取固定值(1≤Y≤L，1≤X≤N)。
具体在图2所示的信号情况，对应于四个采样点，存在四个栅栏窗W1、W2、W3、W4，每个栅栏窗长为六个码片长度，窗口中包含五条可见多径。在不同码片时间里，栅栏窗仅用对应采样点的值计算判决权重。即W1中用来计算判决权重的五个可见取值为1.1位置、2.1位置、3.1位置、4.1位置、5.1位置对应的数值。W2中用来计算判决权重的五个可见取值为1.2位置、2.2位置、3.2位置、4.2位置、5.2位置对应的数值。W3中用来计算判决权重的五个可见取值为1.3位置、2.3位置、3.3位置、4.3位置、5.3位置对应的数值。W4中用来计算判决权重的五个可见取值为1.4位置、2.4位置、3.4位置、4.4位置、5.4位置对应的数值。
对应于四个采样点的四个栅栏窗W1、W2、W3、W4，将每个窗口内可见多径相关运算结果(即该栅栏窗对应的采样点的多径)的能量相加，得到在该采样点时信号的总能量(5条径的能量的总和即为接收端接收到的信号的总能量)作为判决权重，分别为∑W1＝0(1.1位置)+2.1(2.1位置)+0(3.1位置)+0(4.1位置)+0(5.1位置)＝2.1；∑W2＝0.7(1.2位置)+3(2.2位置)+1.4(3.2位置)+1.4(4.2位置)+1.4(5.2位置)＝7.9；∑W3＝1(1.3位置)+2.1(2.3位置)+2(3.3位置)+2(4.3位置)+2(5.3位置)＝9.1；∑W4＝0.7(1.4位置)+0(2.4位置)+1.4(3.4位置)+1.4(4.4位置)+1.4(5.4位置)＝4.9。
如前所述，首先根据判决权重的大小选择栅栏窗，即为W3窗。再选择W3窗中可见多径相关运算结果最大值对应的采样点位置，即B点为信号到达时间点。
显然，在存在五条多径，多径信号2并不占支配地位的情况下，接收到最强径信号(多径2的第2个采样点)的时间点(A点，此时信号总能量为所有多径信号相同采样点能量的累加，等于7.9)并不等于接收到信号总能量最强的时间点(B点，此时信号总能量为9.1)。
特别的，会出现多个栅栏窗对应的判决权重同时为最大的情况，如果多个判决权重同时为最大，则根据不同栅栏窗内最强径能量大小选取最终使用的栅栏窗。如果最强径能量仍然同时为最大，则根据次强径能量，依次类推。例如，W1窗和W2窗计算得到的判决权重同时为最大，此时比较W1窗和W2窗中最强径能量大小，来选取栅栏窗。如果W1窗和W2窗中最强径仍然同时为最大，则比较两者次强径能量大小。由此确定最终使用的栅栏窗。
显然，一条径能量越大，可以认为该条径包含的噪声能量所占的比重越小，也就是说这条径越可靠。在判决权重的计算时，引入可靠性因子λX.Y，对不同的径进行加权处理。一条径能量越大，其加权值应该越大(即可靠性因子取值越大)，一个显然的方法是将接收到的多径强度作为可靠性因子，对每径的相关运算结果进行加权处理。这样，可靠的径在判决中的地位优于不太可靠的径，使得判决更加准确。
本发明对于存在一个占支配地位的多径信号的情况(如图1所示)，具有与现有实现方案一样的效果，都是选择了最强径信号到达时间点(此时该时间点也是总能量最强的位置)。而对于不存在一个占支配地位的多径信号的情况(如图2所示)，则克服了现有实现方案所存在问题，通过对所有有用多径的综合评估，最大限度利用有用多径分量，获得了总能量最大的信号到达位置，而不是单径能量最大的信号到达位置，从而达到最佳的接收效果。
图4示出了本发明实施例的实现获取时间点的装置。其中，A/D采样模块用于将接收的CDMA模拟信号转换为数字信号，以便于进行数字信号的处理。在这个实施例中，采用美国AD公司生产的AD 9225芯片。然后，数字处理装置中的相关运算模块实现对变换的数字信号的相关运算，包括多径的选取(即图3中的步骤1和2)；最后，数字处理装置中的判决模块完成获取判决权重最大的栅栏窗中相关结果的最大值，获得最佳时间点。(即图3中的步骤3-7)。在本发明的实施例中，数字处理装置选用美国TI公司生产的TI5510芯片。虽然以特定的芯片描绘本发明，应该知道，只要满足系统要求的速度和精度的ADC均可以使用，而各种具有处理能力的处理芯片也可以使用，只要它们的处理能力满足系统的时间和精度要求。又如，虽然实施例以数字处理为例，实际上相关和求合及比较均可以在模拟信号情况下实现，因此，本发明应包括这些情况。
虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，例如，本发明可以用于所有CDMA系统中，包括TD-SCDMA，CDMA2000，WCDMA和当前的IS-95的CDMA，确定窗函数和权重时可以有许多选择，例如，可以增加特定信号的权重，可以考虑处理能力选择窗等。因此，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。
权利要求
1.一种CDMA系统中确定信号到达时间的方法，包括步骤接收CDMA信号；对所述接收的CDMA信号进行相关，并选取多径信号；选取满足预定规则的窗，以使所有多径信号中对应于所述窗的相关运算结果被保留，其余的相关运算结果均被滤出；获取每个所述窗的能量合；选取所有所述窗的能量合最大的窗中的多径信号点为信号到达时间，以利用该时间解码所述接收的信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中，还包括步骤对所述接收的CDMA信号进行模数转换；其中，所述相关的步骤为进行数字相关。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述获取每个所述窗的能量合的步骤包括确定位于所述窗中的每个相关运算结果的权重；利用所述权重，获得所述窗的加权能量合。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述选取所有所述窗的能量合最大的窗中的多径信号点为信号到达时间的步骤包括选取所述能量合最大的窗中的多径信号的相关运算结果最大值点为信号到达时间。
5.如权利要求3或4所述的方法，其中，所述确定位于所述窗中的每个相关运算结果的权重的步骤包括所述权重均取1，或取所述权重与相关运算结果成正比的系数。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述选取满足预定规则的窗的步骤包括选取所述窗的大小和位置，以使之包含所有选取的多径，并且每个多径在所述窗中只有一个相关结果。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述窗的大小和位置满足对应于所述窗的相关运算结果被保留，其余的相关运算结果均被滤出。
8.一种CDMA系统中确定信号到达时间的装置，用于完成如权利要求1到7的方法，所述装置包括接收装置，用于接收CDMA信号；相关处理装置，用于相关处理所述接收的CDMA信号，以获取所述接收的信号中的多径信号；判决装置，用于根据所述多径信号，选择能量合最大的窗中的多径信号点为信号到达时间。
9.如权利要求8所述的装置，其中，还包括模数转换装置，用于将所述接收的模拟信号转换为数字信号；所述判决装置包括求合装置，用于将窗中相关运算结果求合。
10.如权利要求8或9所述的装置，其中，所述判决装置还包括比较装置，用于比较每个所述的合的大小，以确定最大值。
全文摘要
本发明提供了一种CDMA系统中确定信号到达时间的方法和装置。方法包括步骤接收CDMA信号；对所述接收的CDMA信号进行相关，并选取多径信号；选取满足预定规则的窗，以使所有多径信号中对应于所述窗的相关运算结果被保留，其余的相关运算结果均被滤出；获取每个所述窗的能量合；选取所有所述窗的能量合最大的窗中的多径信号点为信号到达时间，以利用该时间解码所述接收的信号。本发明最大限度利用有用多径分量，从而达到最佳的接收效果。
文档编号H04W56/00GK1547413SQ200310117189
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月5日 优先权日2003年12月5日
发明者王玉, 玉 王 申请人:大唐移动通信设备有限公司, 上海大唐移动通信设备有限公司