[發明專利]高速低復雜度RAKE接收機及其實現方法

有效

• 申請號: 201110053566.7
• 申請日: 2011-03-07
• 公開（公告）號: CN102684740A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 高波;肖振宇;張昌明;裴玉奎;金德鵬;蘇厲;曾烈光
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04B1/7115
• 分類號: H04B1/7115;H04B1/06
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別涉及短距離高速通信系統中的RAKE接收機。

背景技術

單載波超寬帶(Single?Carrier?Ultra?WideBand，SC-UWB)作為當前主要超寬帶實現方案之一，以其收發結構簡單、射頻線性度要求較低以及容易實現低成本、低功耗的單芯片集成等優點，已成為目前短距離高速通信領域的熱點課題。

一般而言，在密集復雜多徑環境下，如UWB室內信道環境或者UWB?WBAN(Wireless?Body?Area?Network，無線體域網)信道下，需要有效的對抗多徑衰落的技術來提高系統誤碼率性能和魯棒性。對于OFDM系統而言，由于每個子載波上的等效信道為平衰落信道，因此只需要簡單的均衡即可。而對于單載波系統而言，需要采用頻域均衡技術或者RAKE+時域均衡技術，其中以采用RAKE+時域均衡的技術來對抗多徑影響最為常用。對于RAKE+時域均衡技術而言，在有視距(Line?of?Sight，LOS)信道環境下，只需采用單指(finger，用于處理多徑現象的硬件實現，每指對應處理選取的一個徑的信號)的RAKE+線性均衡器(Linear?Equalizer，LE)，而在無視距(Non?Lineof?Sight，NLOS)情況下，則需要采用多指的RAKE+判決反饋均衡器(Decision?Feedback?Equalizer，DFE)。

RAKE接收機是一種多徑分集合并接收技術，可以在時間上分辨出細微的多徑信號，對這些分辨出來的多徑信號分別進行延時和相位校正，在某一時刻對齊、加權調整，進而消除碼間串擾、獲得信道分集增益。RAKE接收時，輸入信號與主徑和選定的次徑分別進行相關運算，并對相關值按照最大比合并(MRC)或等增益合并(EGC)等方式合并，根據合并的結果進行數據的恢復。常見的RAKE相關合并原理如圖1所示，圖1中，r(t)為復基帶信號，c_i為多徑合并系數，Pref(t)為本地相關模板。通常選取次徑時有以下幾種方式：

SRAKE(選擇性RAKE)方式，即選取在一定時間內的S個超過閾值的徑；

或者，PRAKE(部分RAKE)方式，即選取在一定時間內最早到達的S個超過閾值的徑。

對于高速無線通信系統而言，采樣速率往往達到GHz量級，FPGA單路處理模式無法滿足如此高的系統工作時鐘。因此對于密集復雜多徑環境信道而言，基于N路并行處理模式的RAKE接收機，可以有效的并行處理各徑上的數據，在不提高系統工作時鐘的前提下，獲得大約N倍于單路處理模式的數據吞吐量。

作為實際RAKE接收機中較為常見的模式，SRAKE接收機，首先，取到來的所有的多徑時延中的最大的S條徑；然后，根據各多徑的信道響應延遲，把各個支路的時間延遲對齊，使得每個RAKE支路的時間起點一致；最后，采用MRC算法實現各徑信號合并，得到最終RAKE輸出信號。

傳統RAKE接收機的硬件電路，由多徑對齊、多徑分離、解擴及多徑合并四部分組成，其結構如圖2所示，假設其參數為：RAKE接收機指數為N，擴頻因子為J，最大路徑延遲為D個采樣時鐘，過采樣倍數為K，并行輸入采樣點數為M，且M是K的整數倍。首先，采樣數據輸入至移位寄存器組中進行多徑延時對齊，因此移位寄存器的深度為D+M；接著，采用多路選擇器進行多徑選擇，以分離出各個RAKE指上的接收波形，由于一個時鐘處理M個采樣點，所以每個指需要M個D選1多路選擇器，以選出M個波形；然后，在每個RAKE指上進行擴頻相關，由于每時鐘處理M個采樣點，相關器階數為M階，J*K/M個時鐘周期完成一次解擴；最后，將各個RAKE指上解擴所得信號進行最大比合并，得到最終RAKE輸出。

傳統RAKE接收機的設計思路簡單，可以實現RAKE接收，但是不難發現其復雜度過高，需要的寄存器資源、多路選擇器資源以及連線資源過大。由于數據都來自相同的寄存器緩存，這將導致布線擁塞、路徑延遲激增從而降低系統工作時鐘。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是，針對上述缺陷，如何提出一種高速低復雜度的RAKE接收機及其實現方法，使得在實現RAKE接收性能的前提下，通過對傳統RAKE接收機硬件實現結構進行系統優化，進而減少寄存器和多路選擇器資源的使用，提高系統工作時鐘。

(二)技術方案

為解決上述技術問題并實現上述目的，本發明提供了一種分級式RAKE接收機，包括：