宽带码分多址无线通信系统上行信号接收端矢量信号分析处理方法、系统及存储介质与流程

本发明涉及通信，尤其涉及宽带码分多址无线通信系统上行信号接收端矢量信号分析处理方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、宽带码分多址wideband code division multiple access(wcdma)标准的设备使用零中频发射/接收机,零中频发射/接收机不经过中频,直接将信号从基带变频到射频/射频变频到基带,并对得到的基带信号通过模数转换器analog-to-digital converter(adc)进行过采样，输入到数字信号处理digital signal processor(dsp)模块进行信号处理，最终得到有用的信息。在零中频的下变频处理过程中，由于本振泄露等原因，基带信号中会存在一些直流分量，在后续的信号处理过程中需要对其进行消除以提高解调的正确率[1]。假设传输信道为高斯白噪声信道(additive white gaussian noise，awgn)，接收端首先需要对采样得到的数字信号进行无线帧的同步，以及载波频偏的估计和补偿。由于过采样得到的数字信号的时间精度较低，还需要对其进行插值重构以消除由于同步的时间精度较低造成的符号间干扰(inter symbol interference)。

2、对于宽带码分多址wcdma标准的信号，无线帧的长度为10ms，每个无线帧包含15个时隙，其带宽为单向5mhz的成对频带，码片速率为3.84m/s，采用单载波宽带码分多址single carrier code division multiple access(ds-cdma)的多址方式。物理信道分为下行和上行两种物理信道，下行或上行物理信道又分为公共和专用两种类型，公共物理信道是多个ue共用的，而专用物理信道是每个ue独享的，除了承载传输信道的物理信道外，还包括提供相位参考、小区搜索信息和传送各种指示以及控制信息的物理信道。使用正交可变扩频因子序列orthogonal variable spreading factor(ovsf)码分别对各物理信道承载的信道编码后的序列进行扩频[2]，并使用gold码对各扩频序列叠加后的序列加扰[3]，以区分不同的小区或用户。接收端在对接收信号进行解扰之后，可以基于ovsf码对接收信号进行码域功率监测。在得到激活信号的码道号之后，分别利用各信道的ovsf码对信号解扩以得到对应扩频因子的增益，并利用接收到的导频信道符号对其进行均衡，并对均衡后的星座点解调得到比特数据流。

3、为了提取专用物理信道dpch的数据信息，在对其进行均衡、解调得到物理信道承载的比特数据流之后，还要进行解传输信道复用、解速率匹配，得到各个传输信道的编码比特数据块，并对其译码得到原始的数据块。各种不同的传输信道主要采用了3种编码方案：1/2码率的卷积码；1/3码率的卷积码；1/3码率的turbo码[4]。

4、卷积码使用(n，k，l)表示，是一种有记忆的纠错码，n为输出码字，k为输入的比特信息，l为约束长度，也称为记忆深度。编码规则是将k个信息比特编码形成n个比特，编码后的n个码元不但与当前输入的k个信息有关，仍与之前的l-1组的信息有关。以wcdma标准中采用的1/3卷积码编码器为例，其生成多项式为[101 101 111]、[110 110 011]、[111001001]，该卷积码编码器共有2^8个states，2个输入符号和8个输出符号，当前的输入符号和当前移位寄存器的状态决定了输出符号和下一移位寄存器的状态。

5、turbo码通过在编码器中引入交织器使码字具有近似随机的特性，通过分量码的并行级联实了短码(分量码)构造长码(turbo码)，在接收端虽然采用了次最优的迭代算法，但分量码采用是最优的最大后验概率译码算法，通过迭代译码可以达到接近最大似然译码的性能。turbo充分考虑了shannon信道编码定理证明时所假设的条件，从而获得了接近shannon理论极的性能。turbo码同时也第一次从实践中证明了信道编码定理的正确性。在wcdma标准中，turbo码采用了两个分量编码器通过交织、并行级联(pccc)的方式构造，其中分量编码器为一个递归系统卷积码(rsc)。

6、对于卷积码，viterbi算法是最优的最大似然译码算法，译码输出为最优估计序列。但对于属于级联卷积码的turbo码而言，需要在传统的viterbi算法上进行修正，使之提供软信息输出，相应的算法就称为软输出viterbi算法，记做sova。sova的译码过程和viterbi算法类似，只是在计算分支度量和路径度量的同时，增加计算了对应路径选择的可靠性，也成为外部信息，在迭代译码的过程中可以作为另一个分量译码器的先验信息输入，从而完成turbo码的迭代译码过程。

7、viterbi算法就是利用卷积码编码器的网格图来计算路径度量的。算法首先给网格图中的每个状态节点指定一个部分路径度量值。这个部分路径度量值由从起始时刻0的s状态到当前k时刻的s状态决定。在每个状态，选择达到该状态的具有最好部分路径度量的分支。最好部分路径度量根据定义不同，可以是最大度量，也可以是最小度量。按照所采用的度量，选择满足条件的部分路径作为幸存路径，而将其他达到该状态的分支从网格图上删除。viterbi算法就是在网格图上选择从起始时刻到结束时刻的唯一幸存路径作为最大似然路径。沿着最大似然路径，从结束时刻回溯到开始时刻，所走过的路径对应的编码输出就是最大似然译码输出序列。

8、综上，现有的wcdma无线通信系统上行信号接收端的数字信号处理方法包括同步，载波频偏估计和补偿，dc估计和补偿，码域参数估计及误差矢量幅度的计算，专用物理数据信道解复用、解码等处理过程。其中同步基于导频符号构造参考信号求相关峰的方法，码域参数基于ovsf码树搜索，信道译码一般采用的是最优的最大似然译码算法viterbi译码算法。现有的对wcdma无线通信系统上行信号进行信号的频域、调制域指标测量，信道译码等处理，存在复杂度高、计算效率低等问题。在实际的同步处理和载波频偏估计的过程中，没有当前时隙导频符号的先验信息，导致同步处理需要的参考信号无法构造；在扩频码识别过程中，存在ovsf码树搜索复杂度高、计算效率低等情况；在计算误差矢量幅度的过程中，由于过采样得到的数字信号的时间精度较低，导致计算出的比真实信号的evm较大；在专用物理信道dpch信道译码过程中，由于多个传输信道的传输时间间隔(transmission timeinterval)不同导致解传输信道复用、解速率匹配复杂度较高。

9、参考文献：

10、[1]cn200810116331.6，马静，一种消除直流偏置的方法，2008.07.08

11、[2]《cn200580004918.2在宽带码分多址系统中分配正交可变扩频因数代码和相同相位/正交相位信道以便减小通过增强上行链路专用信道发送数据时的峰值对平均功率比的设备和方法》

12、[3]《cn200710106782.7一种用于wcdma系统的扰码发生器及其实现方法》[4]3gppts25212-790multiplexing and channel coding(fdd),4.2.3channel coding。

技术实现思路

1、本发明提供了一种宽带码分多址无线通信系统上行信号接收端矢量信号分析处理方法，包括如下步骤：

2、步骤1：对接收到的wcdma上行信号进行粗同步和精同步，得到slot级的同步点以及当前序列的slot号，slot为时隙；

3、步骤2：对同步后的接收信号进行载波频偏估计，得到信号的载波频偏估计值cfo；

4、步骤3：对接收信号的直流偏置进行估计和补偿，以消除直流偏置对接收信号解扰解扩的影响；

5、步骤4：根据载波频偏估计值cfo对接收信号进行载波频偏补偿，得到信号sig1；根据时隙的起始位置，对信号sig1进行chip速率的抽取，并对抽取后的信号解扰，利用dpcch信道的扩频码对dpcch信道解扩，由dpcch符号z_dpcch得到信道估计ht，chip为码片，dpcch为专用物理控制信道；

6、步骤5：由信道估计ht对抽取解扰后的chip速率序列进行均衡，对均衡后的序列进行码树搜索，得到激活信道的扩频码和信道功率估计，由于wcdma上行信号固定采用二进制相移键控调制，由激活信道的扩频码、功率估计和扰码构造计算误差矢量幅度evm的参考星座点refiq，从而计算得到误差矢量幅度evm值；

7、步骤6：若激活信道存在下行物理专用信道，利用dpdch信道的扩频码对dpdch信道解扩得到dpdch符号z_dpdch，并进行后续的解调、解信道复用、信道译码。

8、作为本发明的进一步改进，所述步骤1包括如下步骤：

9、步骤一：首先对接收信号进行匹配滤波，得到过采样因子为8的数字信号，将该过采样因子为8的数字信号抽取为两条采样率为3.84m/s的接收序列，两条接收序列的时间偏差为1/2*tchip,tchip为wcdma无线通信系统的码片时间；

10、步骤二：对两条接收序列分别进行解扰，得到符号起始chip的索引index1和ovsf(256,0)扩频符号索引index2；

11、步骤三：根据步骤二中得到的符号起始chip点索引index1和ovsf(256,0)扩频符号索引index2，计算得到slot级的同步点以及当前序列的slot号，并且，通过比较两条序列的同步能量大小，得到同步精度为1/2tchip的同步点，以及通过比较两条序列同步能量的峰值点的位置，判断出当前信号是否同步正确；

12、步骤四：精同步采用接收信号与参考信号synrefsig相关的方法，基于dpcch符号的正负号和载波频偏cfo构造出参考信号synrefsig并加扰，在粗同步起始点进行搜索，间隔过采样因子为8进行抽取得到sig0，计算其与接收信号的相关值：

13、ri＝|∑sig0i*conj(synrefsig)|2

14、上式中，i表示截取的信号起始点，conj(.)表示共轭运算。相关峰对应的采样点即为信号的最佳起始点：

15、本发明还提供了一种宽带码分多址无线通信系统上行信号接收端矢量信号分析处理系统，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序配置为由所述处理器调用时实现本发明所述宽带码分多址无线通信系统上行信号接收端矢量信号分析处理方法的步骤。

16、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现本发明所述的宽带码分多址无线通信系统上行信号接收端矢量信号分析处理方法的步骤。

17、本发明的有益效果是：利用r&s蜂窝综测仪实采wcdma的上行信号，对本发明所提出的实用且高效的wcdma无线通信系统上行信号接收端vsa处理方法的各个流程进行了调试，在awgn、dc偏置-39db、随机延迟、随机频偏的条件下，生成了wcdma fdd的上行信号波形，进行了同步、载波频偏估计与补偿、解扰、均衡、解扩等各个流程的仿真处理，对上行信号的dc和evm指标进行了测量，以及对专用物理控制信道dpcch、专用物理数据信道dpdch进行了解调、信道译码，dpdch信道的crc校验通过，验证了各个流程的正确性。