專利名稱：碼分多址移動通信系統(tǒng)中終端設(shè)備端的一種信號處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碼分多址(CDMA)蜂窩移動通信技術(shù)，更確切地說是涉及一種碼分多址(CDMA)擴頻蜂窩移動通信系統(tǒng)中終端設(shè)備端的信號檢測、處理方法，是一種時域分集與聯(lián)合檢測相結(jié)合的方法。
在CDMA擴頻蜂窩移動通信系統(tǒng)特別是在時分雙工(TDD)碼分多址移動通信系統(tǒng)中，為克服多徑和多址的影響，從原理上說，基站端和終端設(shè)備端均可采用時域分集的方法提高系統(tǒng)性能，和采用聯(lián)合檢測算法作為基本的信號檢測方法來消除多址干擾(MAI)和碼間干擾(ISI)的影響。從具體操作上說，在基站(BTS)端，可以采用智能天線技術(shù)，利用多根天線同時接收，獲得空間分集增益，和使用相應(yīng)波束合成算法來提高接收靈敏度(或可理解為同時降低了干擾和對白噪聲起到抑制作用)；但在終端設(shè)備(UE)端，為降低成本和減小體積，通常只能采用單根天線進(jìn)行接收，由于無法采用多根天線同時接收的技術(shù)，即通過空間分集對同頻干擾和熱噪聲進(jìn)行消除，從而導(dǎo)致上、下行的接收增益不匹配。
特別是在采用聯(lián)合檢測算法的CDMA擴頻蜂窩移動通信系統(tǒng)中，由于聯(lián)合檢測算法可以估計出本小區(qū)所有用戶的多徑和多址干擾，所以在基站端，本小區(qū)用戶的多徑和多址干擾可以最大限度的被抑制；而在終端設(shè)備(UE)端，雖然也可以采用聯(lián)合檢測算法最大限度地抑制來自本小區(qū)的多徑和多址干擾，但對于處于小區(qū)邊緣的用戶，聯(lián)合檢測算法將無法估計出來自鄰近同頻小區(qū)的用戶信號并將其消除掉，這些信號相當(dāng)于噪聲加在了系統(tǒng)中，使系統(tǒng)性能顯著下降，且接收機的噪聲系數(shù)也限制了接收靈敏度，此時如果不采用合適的信號處理方法，接收信號的誤碼率將顯著提高，甚至導(dǎo)致通訊中斷。
雖然可以采用功率控制和智能天線的算法，以最大程度地抑制來自相鄰小區(qū)的干擾，但如果不采取恰當(dāng)?shù)姆椒▉硖岣呓K端設(shè)備(UE)的接收增益，通訊質(zhì)量仍會嚴(yán)重下降甚至導(dǎo)致通信中斷。為達(dá)到CDMA擴頻蜂窩移動通信系統(tǒng)同頻復(fù)用的目標(biāo)，只能減少被同時激活的工作碼道來保證終端設(shè)備(UE)在小區(qū)交界處的通訊，這樣將導(dǎo)致系統(tǒng)實際容量減小。
為解決上述問題，必須提出一種適合于終端設(shè)備(UE)端的基帶處理方法。
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種碼分多址移動通信系統(tǒng)中終端設(shè)備端的信號處理方法，可提高終端設(shè)備(接收機)的分集增益，在移動終端中應(yīng)用時可解決上、下行性能不匹配的問題，且不必大幅度提高計算量就可達(dá)到同頻復(fù)用的目的，將同樣的方法應(yīng)用于基站中也可提高接收增益。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的碼分多址移動通信系統(tǒng)中終端設(shè)備端的一種信號處理方法，其特征在于是一種將時域分集與聯(lián)合檢測相結(jié)合的方法；包括對接收信號在時域上進(jìn)行多倍速M次采樣，得到M個采樣數(shù)據(jù)ei；對每次采樣獲得的每個采樣數(shù)據(jù)ei進(jìn)行空間信道沖激響應(yīng)估值，獲得M個空間信道沖激響應(yīng)估值hi；由獲得的每個空間信道沖激響應(yīng)估值hi得到M個矩陣Ai；由M個矩陣Ai組合成一個系統(tǒng)矩陣A；根據(jù)系統(tǒng)矩陣A完成聯(lián)合檢測算法，獲得對原始發(fā)送數(shù)據(jù)的估值dest’i=1……M。
所述的獲得空間信道沖激響應(yīng)估值hi是先利用公式emid=Σimi⊗hi+nm,]]>再由公式hi=G-1emid完成的，式中的emid是終端設(shè)備用戶接收到的訓(xùn)練序列中間碼，G是由終端設(shè)備用戶訓(xùn)練序列中間碼生成的系數(shù)矩陣，mi是第i終端設(shè)備用戶發(fā)送的訓(xùn)練序列中間碼，nm表示訓(xùn)練序列中間碼部分受到的噪聲干擾。
所述的獲得對原始發(fā)送數(shù)據(jù)的估值dest是根據(jù)采樣數(shù)據(jù)e和系統(tǒng)矩陣A來估計的，包括采用公式dest=(diag(A*TA))-1A*Te或者公式dest=(A*TA)-1A*Te。
所述的由M個矩陣Ai組合成一個系統(tǒng)矩陣A是采用如下公式進(jìn)行的，包括Asum=(AT1,AT2…ATM)T和esum=(eT1,eT2…eTM)T，并利用公式dest=(Σi=1MAi*TAi)-1Asum*Tesum]]>或在M較大時采用公式dest=(diag(Σi*Ti=1MAi))-1Asum*Tesum]]>對原始發(fā)送數(shù)據(jù)估值。
本發(fā)明的將時域分集與聯(lián)合檢測相結(jié)合的方法是采用優(yōu)化算法，利用時域上獲得的分集增益，來提高終端設(shè)備接收信號的信噪比。
本發(fā)明的終端設(shè)備(UE)端的信號處理方法是一種將時域分集與聯(lián)合檢測相結(jié)合的方法，在并未大幅度提升計算復(fù)雜度的情況下，可使CDMA擴頻蜂窩移動通信系統(tǒng)中的終端設(shè)備(UE)端獲得分集增益，提高接收機靈敏度和增加系統(tǒng)容量，解決移動終端上下行性能不匹配問題，而且由于引進(jìn)了時域分集，可以使用相對簡單的聯(lián)合檢測算法，在總計算量不增加的情況下，比單純使用聯(lián)合檢測算法有更強的抗干擾性能，本發(fā)明的方法也可應(yīng)用于基站端以提高接收增益。
下面結(jié)合實施例及附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)。
實施例以時分一同步碼分多址(TD-SCDMA)系統(tǒng)《由中國無線通信標(biāo)準(zhǔn)組(CWTS)提出并已成為國際上IMT-2000無線傳輸技術(shù)(RTT)之一》為例說明本發(fā)明的技術(shù)。


圖1是聯(lián)合檢測算法原理流程框示意2是時分雙工碼分多址(CDMA TDD)移動通信系統(tǒng)中的突發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明時域分集與聯(lián)合檢測相結(jié)合的方法流程框示意圖參見圖1，圖中示出TD-SCDMA系統(tǒng)中聯(lián)合檢測算法的實現(xiàn)步驟。假設(shè)發(fā)送的原始數(shù)據(jù)為d，將擴譜、加擾和空中信道的作用用一個系統(tǒng)矩陣A表示，同頻鄰近小區(qū)間干擾和熱噪聲用n表示，那么終端設(shè)備(接收機)接收到的數(shù)據(jù)e可以用下式表示e=Ad+n……(公式1)圖1中的步驟1表示從接收的采樣數(shù)據(jù)ei中求取空中信道的沖激響應(yīng)估值hi。在TD-SCDMA系統(tǒng)突發(fā)(burst)結(jié)構(gòu)中定義了用于信道估計的訓(xùn)練序列中間碼(Midamble)，如圖2中所示，是處在一個時隙寬度中(通常為數(shù)百微秒)，訓(xùn)練序列中間碼(Midamble)的前后為數(shù)據(jù)符號(Datasymbols)。用mi代表用戶i發(fā)送的訓(xùn)練序列中間碼(Midamble)，emid表示接收到的訓(xùn)練序列中間碼(Midamble)，nm表示訓(xùn)練序列中間碼(Midamble)部分受到的噪聲干擾，則有下式 式中的號表示卷積。
在終端設(shè)備接收端可以用公式(3)求得信道沖激響應(yīng)估值hihi=G-1emid……(公式3)公式(3)中的G矩陣是由各用戶訓(xùn)練序列中間碼(Midamble)生成的一個系數(shù)矩陣。
圖1中的步驟1和步驟2分別表示的是在終端設(shè)備端求得空中信道沖激響應(yīng)估值hi和根據(jù)求得的hi和該終端設(shè)備用戶的擴頻碼來生成公式(1)中系統(tǒng)矩陣Ai的過程(其生成技術(shù)由本申請人另案申請發(fā)明專利)。
聯(lián)合檢測的目的就是根據(jù)e和A來估計d，附圖1中的步驟3表示聯(lián)合檢測的具體實現(xiàn)方法，即對發(fā)送信號進(jìn)行估值，實現(xiàn)估值結(jié)果dest可以有多種算法，包括dest=(diag(A*TA))-1A*Te……(公式4)或者dest=(A*TA)-1A*Te……(公式5)
等等(式中符號T是矩陣倒置符號，*是求共軛，diag是取對角陣符號)。以下以公式(5)表示的具體算法為例來說明時域分集與聯(lián)合檢測相結(jié)合的方法。
參見附圖3，本發(fā)明中時域分集與聯(lián)合檢測相結(jié)合的方法由以下步驟組成1)終端設(shè)備在時域上對接收信號進(jìn)行第i次采樣獲得采樣數(shù)據(jù)ei；2)根據(jù)采樣數(shù)據(jù)ei進(jìn)行空間信道沖激響應(yīng)估值，空間信道沖激響應(yīng)估值hi；3)由求得的空間信道沖激響應(yīng)估值hi得到矩陣Ai；4)重復(fù)執(zhí)行步驟1),2),3)，共M次，即接收信號經(jīng)過M次采樣后得到的采樣數(shù)據(jù)可以用eii=1…M來表示，接收數(shù)據(jù)中對應(yīng)訓(xùn)練序列中間碼(Midamble)的部分可以表示為emid-ii=1…M，根據(jù)公式(3)，接收數(shù)據(jù)經(jīng)M次采樣，可以獲得M個空間信道沖激響應(yīng)估值hii=1…M，根據(jù)這M個空間信道沖激響應(yīng)估值hi可以得到M個矩陣Aii=1…M，5)用M個Ai組合成系統(tǒng)矩陣A；6)根據(jù)系統(tǒng)矩陣A完成聯(lián)合檢測算法，獲得對原始的發(fā)送數(shù)據(jù)的估值，如果簡單地只根據(jù)公式(4)計算，可得到M個對發(fā)送信號的估值dii=1…M；然后對這M個估值di進(jìn)行如下的處理 根據(jù)dsum的符號進(jìn)行判決，恢復(fù)出原始發(fā)送數(shù)據(jù)。由(公式6)運算過程能達(dá)到提高分集增益的作用，但同時運算量也增大了M倍。為了達(dá)到既能提高分集增益，又盡量不提高運算量的目的，本發(fā)明采用了如下辦法，令A(yù)sum=(AT1,AT2…ATM)T……(公式7)esum=(eT1,eT2…eTM)T……(公式8)則對原始發(fā)送數(shù)據(jù)的估值可以表示如下 比較公式(6)和公式(9)，可以看出公式(9)大大減少了運算量較大的矩陣求逆計算，因此總體運算量與公式(6)代表的方法相比較大為降低。
在采樣次數(shù)M較大時，可以采用公式(4)表示的聯(lián)合檢測方法與時域分集相結(jié)合的方法，即 公式(10)的運算量比公式(9)的運算量更低，而且在M取值合適時，其運算量將近似于公式(5)的運算量，但其性能將超過公式(5)的運算結(jié)果。
通過以上分析可以看出，采用本發(fā)明技術(shù)所提出的時域分集和聯(lián)合檢測相結(jié)合的方法，可以在基本上不增加運算量的情況下，解決上、下行接收增益不匹配的問題，提高終端設(shè)備(UE)端的接收信噪比，從而達(dá)到在不降低通信質(zhì)量的情況下，在碼分多址(CDMA)擴頻蜂窩移動通信系統(tǒng)中的相鄰小區(qū)實現(xiàn)同頻復(fù)用的目的。
雖然，本發(fā)明方法的實施例是基于時分一同步碼分多址(TD-SCDMA)系統(tǒng)的終端設(shè)備(UE)設(shè)計的，但也可直接使用于其它在時分雙工(TDD)方式下工作的CDMA系統(tǒng)，如IMT-2000的另一種CDMA TDD系統(tǒng)一UTRATDD，也可以直接使用于CDMA TDD系統(tǒng)的無線基站(BTS)中。通過適當(dāng)?shù)男薷倪€完全可以用在其他采用聯(lián)合檢測算法的碼分多址移動通信系統(tǒng)的用戶終端設(shè)備(UE)和無線基站設(shè)備(BTS)中。
權(quán)利要求
1．一種碼分多址移動通信系統(tǒng)中終端設(shè)備端的一種信號處理方法，其特征在于是一種將時域分集與聯(lián)合檢測相結(jié)合的方法；包括對接收信號在時域上進(jìn)行多倍速M次采樣，得到M個采樣數(shù)據(jù)ei；對每次采樣獲得的每個采樣數(shù)據(jù)ei進(jìn)行空間信道沖激響應(yīng)估值，獲得M個空間信道沖激響應(yīng)估值hi；由獲得的每個空間信道沖激響應(yīng)估值hi得到M個矩陣Ai；由M個矩陣Ai組合成一個系統(tǒng)矩陣A；根據(jù)系統(tǒng)矩陣A完成聯(lián)合檢測算法，獲得對原始發(fā)送數(shù)據(jù)的估值dest’i=1……M。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碼分多址移動通信系統(tǒng)中終端設(shè)備端的一種信號處理方法，其特征在于所述的獲得空間信道沖激響應(yīng)估值hi是先利用公式emid=Σimi⊗hi+nm,]]>再由公式hi=G-1emid完成的，式中的emid是終端設(shè)備用戶接收到的訓(xùn)練序列中間碼，G是由終端設(shè)備用戶訓(xùn)練序列中間碼生成的系數(shù)矩陣，mi是第i終端設(shè)備用戶發(fā)送的訓(xùn)練序列中間碼，nm表示訓(xùn)練序列中間碼部分受到的噪聲干擾。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碼分多址移動通信系統(tǒng)中終端設(shè)備端的一種信號處理方法，其特征在于所述的獲得對原始發(fā)送數(shù)據(jù)的估值d是根據(jù)采樣數(shù)據(jù)e和系統(tǒng)矩陣A來估計的，包括采用公式dest=(diag(A*TA))-1A*Te或者公式dest=(A*TA)-1A*Te。
4．根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種碼分多址移動通信系統(tǒng)中終端設(shè)備端的一種信號處理方法，其特征在于所述的由M個矩陣Ai組合成一個系統(tǒng)矩陣A是采用如下公式進(jìn)行的，包括Asum=(AT1,AT2…ATM)T和esum=(eT1,eT2…eTM)T，并利用公式dest=(Σi=1MAi*TAi)-1Asum*Tesum]]>或在M較大時采用公式dest=(diag(Σi*Ti=1MAi))-1Asum*Tesum]]>對原始發(fā)送數(shù)據(jù)估值。
全文摘要
本發(fā)明涉及碼分多址移動通信系統(tǒng)中終端設(shè)備端的一種信號處理方法，是時域分集與聯(lián)合檢測相結(jié)合的方法，以提高接收機的分集增益。包括對接收信號在時域上進(jìn)行多倍速采樣；進(jìn)行空間信道沖激響應(yīng)估值；得到矩陣；組合成系統(tǒng)矩陣；完成聯(lián)合檢測算法，獲得對原始發(fā)送數(shù)據(jù)的估值。應(yīng)用在移動終端上可解決上下行性能不匹配問題，達(dá)到同頻復(fù)用，且可使用相對簡單的聯(lián)合檢測算法。本方法也可用于基站端。
文檔編號H04B7/02GK1317914SQ0010584
公開日2001年10月17日 申請日期2000年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月11日
發(fā)明者李峰, 何毓嵩, 徐鐵鑄 申請人:信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院