专利名称：基于可编程数字匹配滤波器的软切换rake结构的制作方法
技术领域：
本发明属于码分多址蜂窝移动通信领域。本发明涉及基于可编程数字匹配滤波器的软切换RAKE结构，是一种新颖的码分多址(CDMA)蜂窝移动通信系统移动台辅助软切换实现方式，可以有效地简化接收机结构，提高移动台RAKE分集地性能和网络覆盖增益。
越区软切换可以保证移动台在跨越两个小区边界时不中断通信而实现与不同基站通信链路的切换。当移动台始终处于两个或三个小区交界区域时，软切换将成为一种通信模式而不再是一种随机事件。软切换是CDMA通信固有的特点，是CDMA优于FDMA和TDMA体制的一个明显特征。
所谓软切换是指移动台处于不同小区交界处时，可以首先同时与两个或三个基站保持通信，待某一链路达到信噪比要求后，释放其他链路，将通信转向通信性能最高的一个基站方向，进入该基站服务区。CDMA系统之所以能够实现软切换是因为不同小区的基站可以共用相同的频带，并且具有其他接入体制所不具备的高的时间分辨率，移动台可以利用相关接收特性分辨同一带宽内来自不同基站的信号并将其合并，起到加强接收信号有效功率、提高接收信噪比的作用。高性能的软切换方案可以有效改善蜂窝小区交界处最困难地带的通信状况、扩大小区覆盖半径、大幅度减少网络提供优良服务所需的基站数量。
软切换的实现必须依赖于RAKE结构，也即可以对多路同频信号进行相关接收。实现RAKE的方法主要有两种相关器结构和匹配滤波器结构。北美CDMA蜂窝系统标准EIA/TIA IS-95中推荐的方法是采用相关器，结构如说明书附图1所示，其RAKE接收机由4路相关器构成，其中一路相关器担任搜索任务，搜索的目标有两类一类是来自本区内的多径信号，另一类是新小区的导频信号。搜索相关器获得的三路最强的信号，可能是同一小区中的三路最强路径信号，也可能是来自不同小区的三路信号，送给三个路径相关器进行相关接收，三路输出结果进行合并即实现了RAKE分集的过程。软切换也在这一过程中得以实现。
用相关器实现RAKE进而实现软切换的缺点是可接收分集的路径数少，若进一步增加分集路径数，电路规模将会急速膨胀。
匹配滤波器是实现RAKE接收的理想方案，传统的基于匹配滤波器的RAKE接收机结构如说明书附图2所示。图2中的RAKE结构可以分集合并的最大多径数可以与处理增益数相等，即实现全路径分集，电路规模也并不比图1结构有太大增加。一个缺点是，传统意义上的匹配滤波器总是被动积分形式的，即本地参考信号保持不变，所以，图2的RAKE结构只能实现对一个基站信号多路径的分集接收，由于不具备同时对两个经不同伪随机序列扩展频谱的信号进行相关接收的能力，所以不能实现软切换。
本发明的目的在于提供一种高性能的越区软切换RAKE结构的实现方案，克服上述两种传统RAKE结构的弱点。
本发明的技术解决方案是将相关器与匹配滤波器的特点相结合，使匹配滤波器可编程化，从而在一路匹配滤波器上加以简单改造，即可实现高性能的软切换，对来自两个或三个基站的信号都可进行全路径分集合并。
由于匹配滤波器具有高的时间分辨率，大规模集成电路的发展已使其数字化实现十分方便，现已越来越多地应用于扩频信号快速捕捉和RAKE分集中。本发明在对广泛应用于捕捉或RAKE分集中的传统的匹配滤波器进行可编程化改造后，在不明显增加电路规模的情况下，即可实现高性能的越区软切换RAKE结构。越区软切换必须移动台辅助，即要求移动台必须具有同时接收多个基站信号的能力，而电路规模尽可能简单，性能尽可能高是对移动台的基本要求，本发明利用有限的电路资源达到高性能的软切换RAKE分集效果是与这一基本要求相一致的，也是符合个人通信和第三代移动通信发展要求的。
本发明使匹配滤波器中的加法器和乘法器加速运算。多组本地参考信号共用移位寄存器、加法器和乘法器构成可编程匹配滤波器。
匹配滤波器对不同组本地参考信号分时进行匹配运算，移位寄存器的依次移位实现多次输出。
使用一个匹配滤波器实现对多个基站信号的全路径RAKE分集接收。
对匹配滤波器的可编程化体现在两个方面本地参考信号每码片周期的多次切换和每数据符号周期一次的更新。
本发明实施例示于说明书附图3。图3的电路结构可以在移动台处于A、B、C三个基站的覆盖区域内时，同时对三个基站信号进行分集接收。三个基站的交界处是通信的最困难地带。R(t)代表经变频、滤波后的基带模拟信号，Ri代表经对R(t)进行模数转换(A/D)后的笫i个数字化结果。图3仅是对相干接收分集软切换的一种简单示意，假定来自三个基站的扩频信号的处理增益均为M，并且每码片一次抽样的结果，实际实现中不排除每码片多次抽样的应用。A={A1,A2…,AM}、B={B1,B2,…,BM}、C={C1,C2…,CM}分别表示A、B、C三个小区的本地参考扩展序列对应于当前数据符号的M位系数值，X={X1,X2…,XM}、Y={Y1,Y2,…,YM}和Z={Z1,Z2…,ZM}分别为C和H与匹配滤波器输入信号Ri的抽样序列的相关结果，即Yi=Σj=1MAjRj-1i=1,2,···,M------(1)]]>Yi=Σj=1MBjRj-ii=1,2,···,M---(2)]]>Zi=Σj=1MCjRj-ii=1,2,···,M---(3)]]>α{α1,α2…,αM}、β={β1,β2,…,βM}、σ={σ1,σ2…,σM}分别为对A、B、C三个基站信号M个路径信号的估计系数．RAKE的实现基于存贮结构，匹配滤波器的输出信号，即加法器的输出顺序存入3M个存贮单元中，第1,4,7,…,3M-2个单元是A小区的多径信号，第2,5,8,…,3M-1个单元是B小区的多径信号，第3,6,9,…,3M个单元是C小区的多径信号。当采用选择式合并，而不进行全路径合并时，所需存贮单元数将会小于3M个。
本发明软切换结构的工作流程如下。
1．接收机接收到的信号首先经变频成为基带信号R(t)。
2．对R(t)进行A/D变换，成为数字信号Ri。
3．Ri顺序移位进入M级移位寄存器，设码片周期为Tc秒，则移位速率为每Tc秒移位一次。传统的匹配滤波器的输出速率与输入速率相同，并且仅有一组本地参考信号。为了实现软切换RAKE分集，本发明中匹配滤波器有多组本地参考，图3中为三组，即A、B、C，匹配滤波器的运算(乘法和加法)加速运行，每Tc秒时间内进行三次运算，相对于A、B、C三组参考信号实现三次匹配输出，依次顺序存入3M级存贮器中。
4．最后用对信道估计得到的三组多径信号系数对存贮器中的数据进行加权合并，即实现了对三个基站信号的全路径RAKE分集。
与传统匹配滤波器不同，这里匹配滤波器的工作过程完全可编程化。可编程体现在本地参考系数的两种改变一是针对不同基站的信号，每码片可以进行三次改变，接收三路扩频序列完全不同的信号；二是扩频序列周期往往远大于处理增益，这样，对于每一路信号，正常通信过程中，必须每个符号周期(或每M个码片周期)对相应的参考系数组进行一次更新。
视移动台所处位置不同，图3所示软切换结构可能会有四种工作情况1．移动台初始接入期间，未与任何一个基站建立通信，则匹配滤波器处于搜索状态，可同时以三个本地参考进行搜索，即同时搜索三个基站的信号。
2．移动台处于一个基站的良好覆盖区域，仅接收一个基站的信号即可满足性能要求，或其他基站信号的强度不足以被移动台搜索到，此时，仅对一个基站信号进行RAKE分集接收，同时搜索新的基站信号。
3．在同一个基站进行正常通信的同时，搜索到了新的基站的信号，认为已经处于两个基站的覆盖交界区域，则此时可以同时对两个基站的信号进行全路径RAKE分集接收，同时搜索第三个新的基站信号。
4．在同两个基站进行正常通信的同时，搜索到了又一新的基站的信号，认为已经处于三个基站的覆盖交界区域，则此时可以同时对三个基站的信号进行全路径RAKE分集接收。
由以上说明可以看出，本发明中，匹配滤波器兼具初始搜索、RAKE分集和软切换三重任务。
图3所示仅是本发明的一个实施例，应用中可能仅做两个基站的软切换RAKE分集接收，或有其他变更使用。本发明的保护不受图3实施例的限制，而且包括其他的变形，以及在权利要求书范围内的变更。
图1为相关器的RAKE接收机结构2为传统的RAKE接收机结构3为本发明实施例电路结构图本发明积极效果1．有效简化接收机结构，尤其是移动台的结构2．提高移动台的RAKE分集性能，从而使网络覆盖增益得以提高。
权利要求
1．基于可编程数字匹配滤波器的软切换RAKE结构。其特征在于(1)使匹配滤波器中的加法器和乘法器加速运算(2)多组本地参考信号共用移位寄存器、加法器和乘法器构成可编程匹配滤波器(3)匹配滤波器对不同组本地参考信号分时进行匹配运算，移位寄存器的依次移位实现多次输出(4)使用一个匹配滤波器实现对多个基站信号的全路径RAKE分集接收(5)对匹配滤波器的可编程化体现在两个方面本地参考信号每码片周期的多次切换和每数据符号周期一次的更新
2．基于可编程数字匹配滤波器的软切换RAKE结构，其特征在于按照以下工作流程进行(1)收机接收到的信号经变频成为基带信号R(t)；(2)对R(t)进行A/D变换，成为数字信号Ri；(3)Ri顺序移位进入M级移位寄存器；(4)用对信道估计得到的三组多径信号系数对存储器中的数据进行加权合并。
3．根据权利要求1的基于可编程数字匹配滤波器的软切换RAKE结构，其特征在于可以采用相干接收方式。
4．根据权利要求1的基于可编程数字匹配滤波器的软切换RAKE结构，其特征在于可以使用两组结构构成非相干接收方式。
5．根据权利要求1的基于可编程数字匹配滤波器的软切换RAKE结构，其特征在于使用同一个匹配滤波器，通过不同组本地参考信号的切换可以实现对同时多个基站信号的初始搜索。
6．根据权利要求1的基于可编程数字匹配滤波器的软切换RAKE结构，其特征在于同一个匹配滤波器在对一路扩频或直接序列扩频码分多址信号进行正常接收并且进行RAKE分集接收的同时，可以通过本地参考信号的切换对新的扩频或直接序列扩频码分多址信号进行搜索。
7．根据权利要求1的基于可编程数字匹配滤波器的软切换RAKE结构，其特征在于同一个匹配滤波器在对两路扩频或直接序列扩频码分多址信号进行正常接收并且进行RAKE分集接收的同时，可以通过本地参考信号的切换对新的扩频或直接序列扩频码分多址信号进行搜索。
全文摘要
本发明涉及基于可编程数字匹配滤波器的软切换RAKE结构,是一种新颖的CDMA蜂窝移动通信系统移动台辅助软切换实现方式,对传统匹配滤波器加以改造,使之可编程化,提高其工作速率,增加参考信号种类,使其分时加速运行,使同一个匹配滤波器可以同时担当快速捕捉、RAKE分集、软切换三重任务,并且对来自三个基站的信号都可以实现全路径合并。软切换性能远优于现有方法。
文档编号H04B1/707GK1212587SQ98103028
公开日1999年3月31日 申请日期1998年7月17日 优先权日1998年7月17日
发明者胡捍英, 邬江兴 申请人:中国人民解放军信息工程学院