МНОГООТВОДНЫЙ ПРИЕМНИК RAKE-ТИПА СИСТЕМЫ СВЯЗИ С РАСШИРЕННЫМ СПЕКТРОМ Российский патент 2000 года по МПК H04B7/02 H04L27/30 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу связи многодистанционного доступа с кодовым разделением (МДКР) каналов в сотовой системе радиотелефонной связи, а более конкретно к многоканальному приемнику RAKE-типа для корреляционной обработки выборок принимаемого сигнала с кодовой последовательностью, обеспечивающей сжатие, для определения последовательности принятых данных.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В системе с расширенным спектром, если сигнал с расширенным спектром распространяется в канале с многолучевым распространением и замираниями, принятый сигнал будет иметь дополнительные составляющие трактов многолучевого распространения, имеющие различающиеся амплитуды и фазы. В этом случае - в смысле эффективности потребления мощности - недопустимо принимать только один сигнал основного тракта, имеющий наибольшую мощность, поскольку составляющие мощности других сигналов многолучевого распространения теряются.

В RAKE-приемнике используется множество приемников, соединенных параллельно, как показано на фиг.1, для совместного участия в демодуляции без потери этих составляющих мощности сигналов многолучевого распространения. Выходы приемников объединяются с помощью блока объединения. Принципиальная схема, показанная на фиг. 1, описана в книге "Synchronons Digital Communication", рр 353-354, Kyohaksa, Jnc., 1995. Временной интервал между приемниками многолучевых составляющих изменяется, и составляющая мощности многолучевого сигнала демодулируется с временем задержки τ_i с использованием линии задержки с отводами. Время задержки τ_i динамически подстраивается дополнительной управляющей схемой. Такая конструкция минимизирует отношение "сигнал-шум" выходного сигнала RAKE-приемника.

Хотя RAKE-приемник эффективен с точки зрения использования мощности сигнала, однако имеется ограничение по количеству параллельных каналов, поскольку требуются существенные дополнительные аппаратные средства. RAKE-приемник основан на том принципе, что если ширина спектра сигнала в частотном канале с избирательными замираниями больше, чем расширенное значение задержки, то можно разделить сигнал на составляющие с независимым замиранием, соответствующие нескольким спектрам. Если число параллельных схем аппаратных средств больше, чем число действительных трактов сигнала, работоспособность RАКЕ- приемника ухудшается. Если значения мощности для действительных трактов подобны или равны друг другу, RAKE-приемник будет иметь максимальную эффективность.

В патенте США N 5237586 от 17 августа 1993 г. на "RAKE-приемник с избирательным объединением лучей" описан RAKE-приемник, содержащий умножители для умножения выходных сигналов устройства быстрого преобразования Уолша на весовой коэффициент, накапливающие сумматоры для суммирования с накоплением выходных сигналов умножителей и устройство принятия решения для определения принятого кодового слова на основании выходных сигналов накапливающих сумматоров. В процессе работы дескремблер дескремблирует (или свертывает) принятую выборку. Одиночный коррелятор вычисляет результирующие значения, соответствующие каждому индексу Уолша с использованием быстрого преобразования Уолша. Умножители умножают результирующие значения на комплексные весовые коэффициенты, а накапливающие сумматоры суммируют с накоплением выходные сигналы умножителей. Накопленные значения подаются в устройство принятия решения. Устройство принятия решения последовательно сортирует накопленные значения и определяет индекс Уолша, имеющий максимальное значение, как принятое кодовое слово.

Однако, поскольку в RAKE-приемнике, раскрытом в вышеупомянутом патенте США N 5237586, используется дополнительный накапливающий сумматор применительно к каждому индексу Уолша, необходимо использовать большое количество аппаратных средств. Кроме того, поскольку устройство принятия решения формирует только индекс Уолша, имеющий максимальное значение, вышеупомянутый RAKE-приемник недостаточно эффективен при поиске (т.е. при определении некоторой составляющей сигнала, то есть составляющей псевдошумовой фазы, демодулируемой с помощью демодуляторов в отводах RAKE-приемника).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача изобретения состоит в создании многоканального приемника RAKE-типа, обеспечивающего возможность уменьшения потребности в аппаратных средствах без ухудшения эффективности.

Также задачей изобретения является создание многоканального приемника RAKE-типа, обеспечивающего возможность уменьшения потребности в аппаратных средствах и повышения эффективности при поиске.

В соответствии с изобретением многоканальный приемник RAKE-типа для приема информационного сигнала, переданного передатчиком системы связи с расширенным спектром, содержит устройство объединения символов, имеющее сумматор для сложения выходных значений индексов Уолша, которые последовательно генерируются коррелятором с использованием алгоритма быстрого преобразования Уолша в соответствии с N кодовыми последовательностями Уолша, со значением, генерируемым последним каскадом N-каскадного сдвигового регистра, и имеющее N- каскадный сдвиговый регистр для сдвига накопленного значения выходного сигнала RAKE-приемника соответственно каждому индексу символа Уолша, получаемому с сумматора каждый раз, когда каждому ответвлению присваивается некоторый срез, первый логический блок принятия решения для определения максимального значения путем последовательной сортировки выходного сигнала устройства объединения символов и генерирования индекса Уолша, соответствующего определенному максимальному значению, в качестве кодового слова, и второй логический блок принятия решения для сортировки и вычитания выходного сигнала устройства объединения символов в соответствии с состоянием каждого двоичного разряда соответствующего индекса и генерирования значения вероятности кодового слова.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеуказанные и другие задачи, признаки и преимущества изобретения станут более понятными из нижеследующего подробного описания при изучении его совместно с прилагаемыми чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - обобщенная схема известного многоканального приемника;
фиг. 2 - блок-схема многоканального приемника в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.3А - таблица значений, соответствующих 8 индексам Уолша;
фиг. 3В - вариант осуществления логического блока принятия мягкого решения, показанного на фиг. 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на усовершенствование RAKE- приемника и его устройства объединения символов, используемых для обеспечения обработки сигнала с искажением, обусловленным наличием множества трактов распространения сигнала. RAKE-приемник компенсирует различные задержки прихода сигнала в условиях, когда информация, переданная передатчиком системы, поступает в приемник по различным трактам. С этой целью RAKE-приемник принимает не только сигнал, имеющий наибольшую мощность, но и сигналы различных трактов, имеющие разное время задержки, и суммирует эти сигналы, увеличивая тем самым чувствительность при приеме.

На фиг.2 изображена блок-схема RAKE-приемника, выполненного в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.2 - радиочастотный (РЧ) приемник 31, буфер 32а I-выборки (синфазной выборки), буфер 32b Q-выборки (квадратурной выборки), мультиплексор 33, дескремблер 34, одиночный коррелятор 35, комплексные умножители 36-1 - 36-N имеют ту же конструкцию, что и соответствующая блочная конструкция, изображенная на фиг. 11 вышеупомянутого патента США 5237586, и выполняют аналогичные функции. То есть составной сигнал принимается РЧ-приемником 31 и дискретизируется в виде I-и Q-выборок. Эти I- и Q-выборки буферизуются в буферах 32а и 32b соответственно. При использовании обычного RAKE-приемника мультиплексор 33 выбирает диапазоны выборок, которые не должны соответствовать разным I- и Q-составляющим. При ограниченном методе RAKE мультиплексор 33 селектирует диапазоны I- и Q-выборок. В обоих случаях выбранные диапазоны выборок независимы друг от друга. Дескремблер 34 исключает код скремблирования из выборок путем инвертирования или неинвертирования каждой выборки, в зависимости от знака двоичного разряда кода скремблирования. Выборки передаются параллельно в одиночный коррелятор 35. Одиночный коррелятор 35 одновременно коррелирует выборки с несколькими известными кодовыми последовательностями, используя алгоритм быстрого преобразования Уолша (БПУ). Результаты корреляции умножаются на комплексные весовые коэффициенты в умножителях 36-1 36-N. В RAKE-приемнике, изображенном на фиг. 11 вышеупомянутого патента США N 5237586, накапливающие сумматоры соединены с умножителями 36-1 - 36-N, а устройство принятия решения соединено с накапливающими сумматорами.

В предпочтительном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения, поскольку в корреляторе 35 используется алгоритм БПУ для N кодовых последовательностей Уолша (число Уолша- Адамара=N), N выходных сигналов коррелятора 35 соответствуют N индексам Уолша. Например, если число Уолша-Адамара равно 8, то имеются 8 индексов Уолша.

В отличие от вышеупомянутого патента США N 5237586, RAKE-приемник, соответствующий настоящему изобретению, имеет устройство 40 объединения символов, логический блок 48 принятия жесткого решения и логический блок 50 принятия мягкого решения, которые подсоединены после умножителей 36-1 - 36- N. Устройство 40 объединения символов включает в себя сумматор 42, логический блок 44 с насыщением и сдвиговый регистр 46, состоящий из N регистров, и объединяет принятые символы друг с другом. Сумматор 42 складывает значения выходных сигналов умножителей 36-1 - 36-N со значением, генерируемым N-ным регистром РЕГ N сдвигового регистра 46. Логический блок 44 с насыщением переводит в насыщение значение выходного сигнала сумматора 42 таким образом, чтобы оно не превышало заранее заданное максимальное значение. Выходной сигнал логического блока 44 с насыщением подается на первый регистр РЕГ 1 сдвигового регистра 46. Каждый из регистров РЕГ 1 - PEГ N сдвигового регистра 46 содержит накопленное значение выходного сигнала RAKE-приемника, соответствующее каждому индексу символа Уолша.

Логический блок 48 принятия жесткого решения и логический блок 50 принятия мягкого решения подсоединены к выходу первого регистра РЕГ 1 сдвигового регистра 46. Логический блок 48 принятия жесткого решения определяет максимальное значение путем последовательной сортировки выходного сигнала первого регистра РЕГ 1 сдвигового регистра 46 в устройстве 40 объединения символов и генерирует индекс Уолша, соответствующий определенному максимальному значению, в качестве кодового слова. Логический блок 48 принятия жесткого решения включает в себя блок 60 сравнения и запоминания, регистр 62 максимального значения и регистр 64 индекса.

Логический блок 50 принятия мягкого решения сортирует и вычитает выходной сигнал первого регистра РЕГ 1 сдвигового регистра 46 в устройстве 40 объединения символов в соответствии с состоянием каждого двоичного разряда соответствующего индекса и генерирует значение вероятности кодового слова. Логический блок 50 принятия мягкого решения имеет m(==log₂N) логических блоков 50-1 - 50-m принятия решения, причем m является числом двоичных разрядов, составляющих каждый индекс Уолша. Каждый из логических блоков 50-1 - 50-m принятия решения включает в себя первый и второй блоки 100 и 104 сравнения и запоминания, первый и второй регистры 102 и 106 и блок вычитания 108. Первый блок 100 сравнения и запоминания определяет максимальное значение путем последовательной сортировки соответствующего значения выходного сигнала, соответствующего двоичному логическому "0", составляющих двоичных разрядов, и запоминает определенное максимальное значение в первом регистре 102. Второй блок 104 сравнения и запоминания определяет максимальное значение путем последовательной сортировки соответствующего значения выходного сигнала, соответствующего двоичной логической "1", составляющих двоичных разрядов, и запоминает определенное максимальное значение во втором регистре 106. Если обрабатывается символ Уолша одного периода, блок вычитания 108 вычитает значение, запомненное во втором регистре 106, из значения, запомненного в первом регистре 102, и генерирует результирующие значения R1-Rm. Результирующие значения Rl-Rm являются нормами, указывающими вероятность кодового слова, определенного в логическом блоке 48 принятия жесткого решения. Значения знаков Sl-Sm результирующих значений Rl-Rm равны кодовому слову.

Теперь будет подробно описана работа RAKE- приемника, соответствующего настоящему изобретению. Для удобства предполагается, что число Уолша-Адамара равно 8. В обычной системе с МДКР число Уолша-Адамара равно 64.

Фиг. 3А и 3В приведены для описания работы логического блока 50 принятия мягкого решения. На фиг. 3А изображена таблица, в которой приведены значения величин, соответствующих 8 индексам Уолша. На фиг. 3В изображена рабочая реализация логического блока 50 принятия мягкого решения.

Значения величин символов Уолша, соответствующие индексам Уолша коррелятора 35, приведены на фиг. 3А. Символы Уолша, соответствующие индексам Уолша, умножаются на весовые коэффициенты в умножителях 36-1 - 36-N. Результаты умножения последовательно подаются в сумматор 42. Сумматор 42 складывает значения величин символов Уолша со значением, получаемым с N-го регистра РЕГ N сдвигового регистра 46. Поскольку предполагается, что имеется 8 символов Уолша, сдвиговый регистр 46 имеет 8 регистров. Следовательно, двумя входными источниками, суммируемыми в сумматоре 42, являются значение величины символа предыдущего среза соответствующего индекса и значение величины символа текущего среза. Результат, полученный из сумматора 42, подается в логический блок 44 с насыщением. Поскольку результат сумматора 42 получается путем повторного суммирования значений величин символов для различных срезов, может быть сформировано переполнение. Если выходной сигнал сумматора 42 превышает заранее заданное максимальное значение, логический блок 44 с насыщением заменяет значение выходного сигнала сумматора 42 максимальным значением. Выходной сигнал логического блока 44 с насыщением подается на первый регистр РЕГ 1 сдвигового регистра 46. Каждый раз, когда на отводе обрабатывается некоторый срез, на регистры РЕГ 1 - РЕГ N сдвигового регистра 46 подается разрешающий сигнал EN. Сдвиговый регистр 46 сдвигает вправо накопленное значение всякий раз, когда появляется разрешающий сигнал EN. В результате регистры РЕГ 1 - РЕГ N сдвигового регистра 46 имеют накопленное значение выходного сигнала RAKE-приемника, соответствующее каждому индексу символа Уолша.

Выходной сигнал первого регистра РЕГ 1 сдвигового регистра 46 подается в логический блок 50 принятия мягкого решения. Выходной сигнал РЕГ 1 сдвигового регистра 46 также подается в блок 60 сравнения и запоминания логического блока 48 принятия жесткого решения. Например, как показано на фиг. 3, значения величин 3, 7, 5,..., 1 и 2, соответствующие индексам Уолша, последовательно подаются в блок 60 сравнения и запоминания. Блок 60 сравнения и запоминания логического блока 48 принятия жесткого решения сравнивает предыдущее значение величины с текущим значением величины и запоминает большее значение в блоке внутренней памяти. Например, если значение величины 3 индекса Уолша 000 сравнивается со значением величины 7 индекса Уолша 001, значение величины 7 запоминается в блоке внутренней памяти. В этом случае индекс 001 большего значения 7 также запоминается в блоке внутренней памяти. Если такой процесс повторяется в течение одного периода, максимальное значение величины Vmax и соответствующий ему индекс запоминаются в блоке внутренней памяти. Согласно фиг. 3А максимальное значение величины Vmax временно запоминается в регистре 62 максимального значения, а соответствующий этому значению индекс 100 временно запоминается в регистре 64 индекса. Индекс, который временно запоминается в регистре 64 индекса, соответствует кодовому слову.

Значения величин, соответствующие индексам Уолша двоичных разрядов В0, В1 и В2, имеющих двоичный логический "0", среди значений выходных сигналов первого регистра РЕГ 1 сдвигового регистра 46, последовательно подаются в каждый первый блок 100 сравнения и запоминания логических блоков 50-1 - 50-m логического блока 50 принятия мягкого решения. Например, значения величин 3, 5, 20 и 1, соответствующие индексам Уолша самого младшего двоичного разряда В0, имеющего двоичный логический "0", последовательно подаются в первый блок 100 сравнения и запоминания первого логического блока 50-1. Значения величин 3, 7, 20 и 4, соответствующие индексам Уолша двоичного разряда В1, имеющего двоичный логический "0", последовательно подаются на первый блок 100 сравнения и запоминания второго логического блока 50-2. Значения величин 3, 7, 5 и 6, соответствующие индексам Уолша самого старшего двоичного разряда В2, имеющего логическую "1", последовательно подаются в первый блок 100 сравнения и запоминания третьего логического блока 50-3. Каждый первый блок 100 сравнения и запоминания логических блоков 50-1 - 50-3 сравнивает предыдущее значение выходного сигнала с текущим значением выходного сигнала и запоминает большее значение в блоке внутренней памяти. Максимальные значения величин 20 (В0), 20 (В1) и 7 (В2) двоичного логического "0", определенные для одного периода, временно запоминаются в каждом первом регистре 102 логических блоков 50-1 - 50-3 соответственно. Значения величин, соответствующие индексам Уолша двоичных разрядов В0, В1 и В2, имеющих двоичную логическую "1" среди значений выходных сигналов первого регистра РЕГ 1 сдвигового регистра 46, последовательно подаются на каждый второй блок 104 сравнения и запоминания логических блоков 50-1 -50-3 логического блока 50 принятия мягкого решения. Второй блок 104 сравнения и запоминания и второй регистр 106 логических частей 50-1 - 50-3 аналогичны по работе первому блоку 100 сравнения и запоминания и первому регистру 102. Максимальные значения величин 7 (В0), 6 (В1) и 20 (В2) двоичной логической "1", определенные для одного периода, временно запоминаются в каждом втором регистре 106 логических частей 50-1 - 50-3 соответственно.

Максимальные значения величин, которые временно запоминаются в первом регистре 102 и втором регистре 106, соответствующих двоичному логическому состоянию "0" или "1" двоичных разрядов В0, В1 и В2 индекса Уолша, показаны на фиг.3В. Каждый блок вычитания 108 логических частей 50-1 - 50-3 вычитает значение, запомненное во втором регистре 106, из значения, запомненного в первом регистре 102, и формирует результирующие значения R-R3. Согласно фиг. 3В имеются следующие результирующие значения: R=+13, R2=+14 и R3=-13. Результирующие значения R1-R3 указывают вероятность кодового слова, определенного в логическом блоке 48 принятия жесткого решения. Чем больше величина результирующего значения, тем более высокую вероятность имеет кодовое слово. Если результирующее значение является положительным числом, значение знака равно "0", а если результирующее значение является отрицательным числом, значение знака равно "1". Следовательно, значениями знаков S1-S3 являются 0, 0 и 1, которые равны кодовому слову (В0= 0, В1=0 и В2=1). Значения выходных сигналов R1, S1-R3, S3 логического блока 50 принятия мягкого решения ускоряют определение подлежащей демодуляции составляющей сигнала. То есть логический блок 50 принятия мягкого решения повышает эффективность поиска.

Выходные сигналы логического блока 48 принятия жесткого решения и логического блока 50 принятия мягкого решения подаются на устройство последовательной обработки сигналов, например канальный декодер. Канальный декодер определяет составляющую сигнала, подлежащую демодуляции, с использованием выходных сигналов логического блока 48 принятия жесткого решения и логического блока 50 принятия мягкого решения и демодулирует эту составляющую сигнала.

Из вышеизложенного следует, что многоканальный RAKE- приемник, соответствующий изобретению, позволяет снизить потребность в аппаратных средствах без ухудшения эффективности. Например, если используют 64 кода Уолша, обычный RАKE-приемник требует 64 накапливающих сумматора. Однако в проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения используется только один накапливающий сумматор и не снижается скорость обработки. Более того, поскольку в настоящем изобретении используется логика принятия мягкого решения, эффективность поиска улучшается.

Хотя настоящее изобретение было конкретно проиллюстрировано и описано со ссылками на предпочтительный вариант осуществления, специалистам в данной области техники будет ясно, что можно осуществить различные изменения в форме и конкретных деталях без изменения объема и сущности изобретения, определяемых прилагаемой формулой изобретения.

Многоотводный приемник RAKE-типа системы связи с расширенным спектром содержит устройство объединения символов, имеющее сумматор для сложения значений выходных сигналов индексов Уолша, которые последовательно генерируются коррелятором с использованием алгоритма быстрого преобразования Уолша в соответствии с N кодовыми последовательностями Уолша, со значением, генерируемым последним каскадом N-каскадного сдвигового регистра, и N-каскадный сдвиговый регистр для сдвига накопленного значения выходного сигнала RAKE-приемника, соответствующему каждому индексу символа Уолша, генерируемого из упомянутого сумматора для каждой выборки значений символов на отводах многоотводного приемника, первый логический блок принятия решения для определения максимального значения путем последовательной сортировки выходного сигнала блока объединения символов и формирования индекса Уолша, соответствующего полученному максимальному значению, в качестве кодового слова, и второй логический блок принятия решения для сортировки и вычитания выходного сигнала упомянутого блока объединения символов в соответствии с состоянием каждого двоичного разряда соответствующего индекса и формирования значения вероятности упомянутого кодового слова. Технический результат заключается в снижении потребности в аппаратных средствах без ухудшения эффективности. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Многоотводный приемник для приема информационного сигнала, передаваемого передатчиком системы связи с расширенным спектром, отличающийся тем, что содержит устройство объединения символов, предназначенное для объединения передаваемых символов и включающее в себя сумматор для сложения значений выходных сигналов индексов Уолша, последовательно формируемых коррелятором с использованием алгоритма быстрого преобразования Уолша в соответствии с N кодовыми последовательностями Уолша, со значением, формируемым последним каскадом N-каскадного сдвигового регистра, и указанный N-каскадный сдвиговый регистр, где N - число используемых кодовых последовательностей Уолша, для сдвига накопленного значения выходного сигнала многоотводного приемника, соответствующего каждому индексу символа Уолша, получаемого с упомянутого сумматора, для каждой выборки значений символов на отводах многоотводного приемника, первый логический блок принятия решения для определения максимального значения путем последовательной сортировки сигнала с выхода первого регистра N-каскадного сдвигового регистра упомянутого устройства объединения символов и формирования индекса Уолша, соответствующего полученному максимальному значению, в качестве кодового слова, и второй логический блок принятия решения для сортировки и вычитания сигнала с выхода первого регистра N-каскадного сдвигового регистра упомянутого устройства объединения символов в соответствии с состоянием каждого двоичного разряда соответствующего индекса и формирования значения вероятности упомянутого кодового слова. 2. Многоотводный приемник по п.1, отличающийся тем, что устройство объединения символов дополнительно содержит логический блок с насыщением, включенный между упомянутым сумматором и упомянутым N-каскадным сдвиговым регистром, для перевода в насыщение значения выходного сигнала сумматора так, что бы оно не превышало некоторое максимальное значение. 3. Многоотводный приемник по п.1, отличающийся тем, что второй логический блок принятия решения содержит логические блоки принятия решения по числу двоичных разрядов индекса Уолша, а каждый из упомянутых логических блоков принятия решения включает в себя первое устройство определения максимального значения, предназначенное для определения максимального значения путем последовательной сортировки соответствующего значения выходного сигнала в соответствии с первым двоичным логическим состоянием соответствующего двоичного разряда, второе устройство определения максимального значения, предназначенное для определения максимального значения путем последовательной сортировки соответствующего значения выходного сигнала в соответствии со вторым двоичным логическим состоянием соответствующего двоичного разряда, и блок вычитания, предназначенный для вычитания максимального значения с выхода второго устройства определения максимального значения из максимального значения с выхода первого устройства определения максимального значения.