一种WCDMA多用户干扰中基于多帧的WMSA搜索方法

摘要

本发明公开了一种WCDMA多用户干扰中基于多帧的WMSA搜索方法，涉及移动通信领域中无线信号的搜索及其帧同步跟踪技术。本方法是：①射频前端接收器通过前端射频模块进行基站发射信号及其目标WCDMA终端的发射信号进行接收；②下行数字信号处理器对WCDMA基站信号进行信号处理，通过对基站信号的解析得到目标WCDMA终端的上行DCH的扰码及其同步点位置信息；③上行导频能量信号计算器通过获取到的上行DCH扰码及其同步点位置信息进行处理得到目标终端发射的导频能量、信噪比以及峰值索引值；④能量刷选器对上报能量进行判断和剔选，进一步提升系统性能。本发明具有实现简单、实时性好、抗多用户干扰明显、有效检测弱信号的优势。

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信领域中无线信号的搜索及其帧同步跟踪技术，尤其涉及生命探测仪中的一种WCDMA(宽带码分多址技术)多用户干扰中基于多帧的WMSA(多时隙加权平均估计法)搜索方法，具有抗多用户干扰、搜索范围广、算法简单和易于实现的优势。

背景技术

随着WCDMA终端的越来越普及，越来越多的用户用WCDMA终端进行无线通信，专网无线通信及其灾害搜救中可以通过对目标用户的WCDMA信号源进行精确的探测，从而在灾害中及时准确地挽救受困的人民群众。由于国内WCDMA网络大量使用2.1G频段，信号的衰减速度相对于其他网络制式更快，从而影响对WCDMA目标信号源的探测范围，尤其在多用户干扰大的环境中，如果目标离基站较远时，采用传统方法可能搜索不到弱信号的帧同步点的位置，增加了对目标信号进行精确探测的难度。

传统的搜索方式对WCDMA信号同步搜索的局限性很大，弱目标信号的检测能力上有很大的劣势，亟待提供一种改进的搜索方法以克服上述缺陷。

发明内容

本发明目的在于应用在生命探测仪中，克服现有的搜索方式在多用户干扰严重的情况下不能对弱信号目标支持精确探测的弊病，提供一种WCDMA多用户干扰中基于多帧的WMSA搜索方法，此方法复杂度低、硬件资源占用少且能有效保证搜索的效果。

本发明的目的是这样实现的：

具体地说，本方法包括下列步骤：

①射频前端接收器通过前端射频模块进行基站发射信号及其目标WCDMA终端的发射信号进行接收；

②下行数字信号处理器对WCDMA基站信号进行信号处理，通过对基站信号的解析得到目标WCDMA终端的上行DCH的扰码及其同步点位置信息；

③上行导频能量信号计算器通过获取到的上行DCH扰码及其同步点位置信息进行处理得到目标终端发射的导频能量、信噪比以及峰值索引值；

④能量刷选器对上报能量进行判断和剔选，进一步提升系统性能。

与现有技术相比，本发明具有下列优点和积极效果：

应用在步骤③的本发明的搜索方法通过多帧非相干处理、频差累加平均算法、多时隙加权平均估计法，对时隙数据进行频偏消除，最终简便地得到目标信号的功率值、信噪比和帧同步点位置，不仅大大的减少了算法复杂度、硬件资源的占用且有效保证了搜索的性能，比传统方法的搜索距离有了30％的提升，大大扩大了搜索范围，对生命探测仪的性能提高有很好的应用前景；

由于本发明应用不仅限于生命探测仪，同时可以不依赖上下行的组帧方式和信道类型，可以应用在上下行的各信道的接收机中，同时也可以应用在下行的邻区搜索中，本发明改善效果明显，比传统方法提高了30％的检测范围，克服了传统搜索方法完全搜索不到弱信号帧同步点的困境，大大提升生命探测仪的探测范围；本发明具有实现简单、实时性好、抗多用户干扰明显、有效检测弱信号的优势。

附图说明

图1是本系统的结构方框图；

图2是上行导频能量信号计算器的软件流程图；

图3为本发明所用的WMSA信道估计结构图。

图中：

00—WCDMA无线基站；

10—生命探测仪软件无线电平台，

11—射频前端接收器，

12—上行导频能量计算器，

13—下行数字信号处理器，

14—能量刷选器

20—WCDMA目标信号源。

英译汉

1、WCDMA：Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址技术。

2、WMSA：Weighted Multi-solt Averaging，多时隙加权平均估计法。

3、DCH：Dedicated channel，专用信道。

4、DPCCH：Dedicated Physical Control Channel，专用物理控制信道。

5、3GPP：3rd generation partnership project,第三代移动通信合作伙伴计划。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细说明。

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的原件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种应用在生命探测仪中，算法复杂度低，硬件资源占用少且能有效保证搜索的性能。

一、系统

1、总体

如图1，本系统包括WCDMA无线基站00和WCDMA目标信号源20；

设置有生命探测仪软件无线电平台10；

生命探测仪软件无线电平台10分别与WCDMA无线基站00和WCDMA目标信号源20连通；

所述的生命探测仪软件无线电平台10包括射频前端接收器11、上行导频能量信号计算器12、下行数字信号处理器13和能量刷选器14；

射频前端接收器11和下行数字信号处理器13分别与上行导频能量计算器12交互；下行数字信号处理器13和射频前端接收器11交互；能量刷选器14和上行导频能量计算器12交互；

WCDMA无线基站00发送基站下行无线信号给射频前端接收器11；

WCDMA目标信号源20发送上行无线信号给射频前端接收器11。

2、功能部件

1)生命探测仪软件无线电平台10

硬件配置：采用基于软件无线电通用平台的硬件框架，选用了USRP2的软件无线电开发硬件结构。

嵌入的模块包括设射频前端接收器11、上行导频能量信号计算器12、下行数字信号处理器13和能量刷选器14；

*射频前端接收器11：主要实现对WCDMA无线基站00的下行信号进行接收以及对WCDMA目标信号源20的上行信号进行接收。

*上行导频能量信号计算器12：主要实现生命探测仪中目标信号源能量的计算。

*下行数字信号处理器13：主要对从射频前端接收器11接收的下行无线信号进行信号处理从而获取目标WCDMA终端的物理层参数比如上行扰码和同步点位置的信息。

*能量刷选器14：主要对上行导频能量信号计算器12的计算结果进行统计刷选，从而刷选出有用的能量信号。

2)WCDMA无线基站00

WCDMA无线基站00是基于国际3GPP标准的通用发射基站，基站的制式是WCDMA标准。

4)WCDMA目标信号源20

WCDMA目标信号源20是基于国际3GPP标准的WCDMA制式的终端，是需要进行探测的目标终端。

3、本系统的工作机理：

根据3GPP协议，利用目标终端和基站或者专网建立起来的通信链接，射频前端接收器11实现对WCDMA无线基站00的下行信号进行接收以及对WCDMA目标信号源20的上行信号进行接收；从WCDMA无线基站00的解析得到目标WCDMA终端的上行DCH的扰码及其同步点位置信息，初步得到上行扰码和上行同步点的位置；上行导频能量信号计算器12利用上行扰码和上行同步点，进行处理得到目标终端发射的导频能量、信噪比以及峰值索引值。能量刷选器14对上行导频能量信号计算器12上报能量进行判断和剔选。

二、方法

如图2，所述步骤③中的上行导频能量信号计算器的搜索方法是：

A、利用下行得到上行DCH的初始同步点的位置和扰码，在上行同步点附近确定搜索的窗长，生成该上行DCH信号的扰码—201；

B、在搜索窗内，每次取多帧数据，对每个时隙内取导频位置的数据对导频进行解扰、解扩—202；

C、对各帧解扩后的数据进行去导频图案，即乘以对应的导频符号即可—203；

D、对各时隙的导频符号以时隙为单位进行累加—204：

第一帧的当前时隙数据标记为TS_data(i,k)，第一帧下个时隙数据标记为TS_data(i,k+1)；第二帧的当前时隙数据标记为TS_data(i+1,k)，第二帧下个时隙数据标记为TS_data(i+1,k+1)；第三帧的当前时隙数据标记为TS_data(i+2,k)，第三帧下个时隙数据标记为TS_data(i+2,k+1)，以此类推。其中i为帧号，k为时隙号，2者均为正整数。

E、对各帧利用时隙计算频偏—205，采用此方法计算频偏，可以有效减少信道快衰落带来的影响，后续对各帧的频偏进行归一化；

F、各帧利用下式计算各时隙的频偏旋转角度—206：

相关中，从频偏来考虑，各帧在理想状态下，是一个固定值；在相关中，取平方和之后，该值恒为1，即可以以各帧起始为频偏基准，即PcgAdjI(i,1)＝1；PcgAdjQ(i,1)＝0；利用公式P c g A d i j)I-(P i c,P c g A d i j)Q+(P i计算c,得到各时隙的频偏旋转角度，其中i为帧号，k为时隙号，2者均为正整数；

G、各帧各时隙再利用WMSA进行信道估计—207：

在对比了多种加权系数和加权方法后，发现利用前向时隙信号对滤除噪声和抗多用户干扰的能力更有效；于是本发明确定利用3项加权系数(λ₀，λ₁，λ₂)进行加权，采用各帧以下公式进行信道估计：WMSAI(i,k)＝λ₀*(PcgAdjI(i,k))+λ₁*(PcgAdjI(i,k-1))+λ₂*(PcgAdjI(i,k-2))；WMSAQ(i,k)＝λ₀*(PcgAdjQ(i,k))+λ₁*(PcgAdjQ(i,k-1))+λ₂*(PcgAdjQ(i,k-2))；其中i为帧号，k为时隙号，2者均为正整数，λ₀＝1，λ₁＝0.8，λ₂＝0.3；WMSA信道估计结构图见图3所示；

H、各帧各时隙采用步骤207信道估计的结果去除频偏—208；

I、将步骤208的各帧的时隙结果进行相干累加，进一步降低噪声和多用户干扰—209；

J、多帧进行非相干累加—210，在防止一帧数据中累计的频偏过大时，利用相干累加引起的算法恶化问题；

K、取得相关峰值和峰值的索引值，索引值即为帧同步点的位置—211；

L、将所有相关值相加除以相关值长度，即得噪声值，取分贝值即得功率值和信噪比值—212：

根据功率值大小和信噪比可以精确的评估信号源的信号质量；信噪比对多用户干扰上还十分有参考价值，如果功率值大，信噪比总是很低的话，说明附近存在其他用户干扰。

本实施例的信号源的检测方法适用于生命探测仪中，由于本实施例的搜索方法只依赖于信号的导频部分的数据，也就是说，该方法不依赖于信号信道类型，对含有导频数据的信道同样适用。本发明具有实时性高，占用硬件资源少，算法复杂度低的优点，且有效保证了搜索性能。