wcdma系统中rake接收机

图 2 RAKE 接收机基本结构图
假设前一级的同步模块已经完成了基本的码片同步并且认为搜索的路径在 rake 接收机 的搜索范围内，因此输入接收机的数据是已经同步的基带数字信号。WCDMA 系统中在
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DPCCH 信道的前端几个符号放置导频信号，因此可以利用 DPCCH 信道进行多径的搜索与 捕获，同时利用相应的导频信号进行信道估计，在信道多径变化不是非常剧烈的情况下，可 以认为一个 slot 数据长度内的信道是不变的，这样可以采用导频平均法进行信道估计。在下 面几节中将详细介绍这个 RAKE 接收机的各个模块的设计与实现。
号平均法，而如果信道变化比较快，用 WMSA 算法用一组适当的系数对相邻的时隙进行加 权平均，进一步去除噪声与干扰，得到当前时隙的信道参数估计。在 WCDMA 系统上行链 路中我们采用 WMSA 算法。这个算法分两个步骤进行：
（1）用 DPCCH 信道的导频符号通过导频信号平均法得到每个时隙的粗略信道估计值。 （2）用 WMSA 算法（多时隙加权平均算法）由前后的几个时隙的信道衰落值（上一 步得到的信道估计值）通过一组系数加权平均得到当前时隙的信道估计值。
0 引言
WCDMA 物理层采用 DS-CDMA 技术，将用户数据和利用 CDMA 扩频码得到的伪随机 序列即码片(chip)序列相乘从而将用户信息扩展到较宽的带宽上。
WCDMA 采用 10ms 帧长，码片速率为 3.84Mcps[5]。其 3.84Mcps 的码片速率，要求上 下 行 链 路 分 别 使 用 5MHz 的 载 波 带 宽 ， 实 际 载 波 间 距 的 要 求 根 据 干 扰 的 不 同 在 4.4MHz-5MHz 之间变化，变化步长为 200kHz。
中图分类号：TN
An Implementation Design of Uplink Rake Receiver for WCDMA system
Zhao Lin
(Beijing University of Posts and Telecommunication,Beijing 100876) Abstract: RAKE receiver is one of the core technologies in the WCDMA system,so the selection of its algorithm is key for the performance of the system.This paper provides an implementation design of uplink RAKE receiver for WCDMA system,which has good performance and is easy to be realized.The receiver is mainly made up of three parts:Multi-path Searching and Tracking,Channel Estimation and Signal Merging.Dynamic control is used in the Multi-path Searching module,which ensures that the performance can be good in large SNR range.The algorithm of the Channel Estimation module is WMSA,which uses the coherence between the channel changes to improve the precision.And MRC is selected in the Signal Merging module.The paper introduces the detailed design of the algorithm and provides the simulated result which proves that this design has good performance with low complexity and has much practical value. Keywords:WCDMA;RAKE Receiver;Multi-path Searching and Tracking;Channel Estimation;Signal Merging
系数为本地接收信道码，扰码以及对应的信道符号的乘积，这样就得到了去极性的本地 PN 码序列：
Ck = Ck* ⋅ Sk* ⋅ P[k /256]
(6)
由于 DPCCH 信道化码使用的是全 1 序列，且我们取的是每个符号相关函数的模值，这
样其实就相当于去极性的操作，因此
Ck = Sk*
(7)
由于数字信号实现相关运算的表达式与线性卷积十分相似，因此相关的过程可以通过
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WCDMA 上行链路 RAKE 接收机的一种实现方案
赵林*
（北京邮电大学信息与通信工程学院，北京 100876） 摘要：RAKE 接收机是 WCDMA 系统中的核心部分，其接收算法的设计对整个系统的性能具有 关键作用。本文给出了一种性能良好且易于实现的接收机设计方案，分为多径搜索和跟踪， 信道估计及多径信号合并三个部分。在多径搜索部分采用了一种动态控制门限的方法，能够 保证在信噪比很大动态范围内均具有良好的分辨多径的性能，信道估计采用了 WMSA 算法， 利用信道变化的相关性提高了估计的精度，在合并部分采用了 MRC 方式。文章在第二部分给 出了详细的算法推导及设计，并在第三部分进行了仿真，通过仿真结果可以看出本设计方案 在低复杂度的前提下具有良好的性能，具有很大的实用价值。 关键词：WCDMA；RAKE 接收机；多径搜索和跟踪；信道估计；信号合并
(5)
上述方法通过对接收信号和接收机本地产生的扩频序列进行相干积分来检测多径成分，
在 RAKE 接收机中，是用一帧 15 个时隙去做多径搜索的，DPCCH 信道一个时隙有 10 个比 特，也即是用 150 个符号做的相干积分，相干积分的长度可以增为 256*150 个码片。
多径搜索的实现框图如下所示：
∑ hˆWMSA,l (m) =
1 p
N1 i=− N2
hAV
,l
(m
−
i)
(8)
式中， P = N1 + N2 +1 为平滑窗口的长度。WMSA 信道估计滤波器的结构如图 4 所示：
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hˆl (i + J )
hˆl (i +1)
Z −1
Z −1
hˆl (i) Z −1
λJ −1
1.1 WCDMA 上行链路专用信道系统发送接收模型
WCDMA 系统上行链路专用物理信道 DPDCH/DPCCH 的发送接收过程如图 1 所示， DPDCH、DPCCH 扩频扰码叠加后通过多径信道传输，在接收端通过 RAKE 接收处理解调 出 DPDCH、DPCCH 的数据。
Cd,1
Cd ,3 I
∑
由于输入的基带信号已经完成了码片级的同步，因此可认为τ p = τ 。由于不同信道使
用的码字是正交的，即
⎧1 Cc ⋅ C = ⎩⎨0
C = Cc C ≠ Cc
(4)
(3)式表示的是扰码自相关函数与干扰噪声求和。可以对复数相关函数取模值转换为实
数，得到第 n 个符号实相关函数：
R sne = | R sn |
多时隙加权平均算法是利用 N p 个导频符号估计出连续多个时隙的信道参数，然后对这 些估计值做平滑加权平均，它把传统的单时隙直接信道估计算法扩展到对连续多时隙联合加
权平均，以降低快速信道变化引起的误差。
假设根据导频符号估计出的每一径的信道估计值为 cˆl (m) ，设滑动窗的长度固定为 2J，
则 WMSA 算法输出可以表示为：
WCDMA 在上下行链路均利用导频相干检测，扩大了覆盖范围。WCDMA 空中接口包 括先进的 CDMA 接收机，它利用了多用户检测和自适应智能天线技术，这些手段是提高系 统覆盖和容量的较好方案[1]。
RAKE 接收机能够在时域充分利用信号的多径结构，提高系统的输出信噪比，成为目前 CDMA 系统中广泛应用的一种抗多径衰落技术。本文第二部分重点介绍了 WCDMA 系统上
FFT 的方式来得到。这样在搜索多径时，要做 150 次 FFT 运算，每个符号做完相关运算后 取模值叠加起来，得到该径的能量。同时我们考虑到多径数目达到 5 条以上时，多径产生的 增益已经降低到很小的值，因此在实现的时候应该将多径的数目限制在 5 条以内。
1.2.2 信道估计模块设计
上面我们得到了 WCDMA 系统上行链路多径搜索模块的实现方案，由于认为每一径之 间的信道是不相关的，因此对每一径都要单独的进行信道估计。
作者简介：赵林，（1985-），男，硕士，无线通信中的数字信号处理. E-mail: zhaolinbupt@gmail.com -1-
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行链路 RAKE 接收机的设计，第三部分对该 RAKE 接收机的性能进行了分析。
1 RAKE 接收机的设计
(2)
p
其中，P 代表不同的多径， Ap 是路径 p 的幅度衰落，D 是发送的符号级的数据，S 是
扰码，C 是信道码，τ p 是路径 p 的时延， Δf 是路径 p 的频移，φ 代表路径 p 的相移，N 是
干扰噪声。
对于 WCDMA 系统，DPCCH 信道采用的扩频因子为 Cc = Cch,256,0 ，为全 1 序列，而且在 一个符号周期内，可以认为幅度衰落，相移，多径时延为常数，并且频率偏差不是十分的巨
大。一个符号的周期为 T，则第 n 个符号的相关函数为
∫ Rsn =
( n +1)T nT
Sr*
(t )Cc
(t )r ( r
+τ
)dt
(3)
∑ ∫ ∫ =
Ap
( n +1)T nT
D(t
−τ
p
+τ
)S (t
−τ
p
+τ
)Sr* (t )dt
+
( n +1)T nT
N (t
+τ
)Sr* (t )dt
p
对于 WCDMA 系统上行链路，采用导频辅助的信道估计方式，专用信道中 DPCCH 有 导频符号，所以利用该信道的解扰解扩信号和导频符号来估计信道的衰落值。如果移动台的
运动速度较慢，信道的相干时间比较长，可以假设信道在一段较长的时间内保持不变，因而
可以把信道估计的间隔扩展到连续的几个时隙来提高估计的精度。这样的话可以采用导频信
Cd ,5
I + jQ Cd ,2
Sr Cd ,4
Q
Cd ,6
∑
Cc
j
Channel r(t)
图 1 DS-CDMA 系统发送接收模型[6]
1.2 WCDMA 上行链路 RAKE 接收机基本框架
WCDMA 系统采用的是导频辅助相干(PSAC)RAKE 接收技术，也就是说在上行专用物 理控制信道 DPCCH 的每个时隙内都插入导频符号使得基站 Node-B 端接收机利用导频符 号实现最佳信道参数估计达到相干接收。如下图所示，WCDMA 系统上行链路 rake 接收机 的结构由同步模块后的 6 个模块构成，rake 接收机的输出结果送入解星座映射模块。
1.wenku.baidu.com.1 多径搜索模块设计
送入调制发送的信号是对 DPCCH,DPDCH 信号进行扩频后乘以复扰码序列得到，因此 发送的基带信号可以表示为：
x(t) = (I + jQ) ⋅ Sr
(1)
经过信道由接收机收到通过处理得到的基带信号 r(t) 可表示为：
∑ r(t) = Ap (t)D(t −τ p (t))C(t −τ p (t))S(t −τ p (t)) ⋅ e j2πΔfp (t)t ⋅ e jϕp (t) + N (t)
yk + N −1 Z −1
yk +N −2 Z −1
yk +N −3 Z −1
yk Z −1
CN −1
CN −2
CN −3
图 3 匹配滤波器实现相关运算[2] -3-
C0 dk
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yk 为接收到的信号，N 为匹配滤波器的阶数，Ck 是匹配滤波器的系数，匹配滤波器的