專利名稱:正交碼cdma信號檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及移動通信技術(shù)領(lǐng)域,是一種適用于正交碼碼分多址移動通信系統(tǒng)的接收信號檢測方法。
背景技術(shù):
在CDMA移動通信系統(tǒng)中,存在著嚴(yán)重的多址干擾和符號間干擾。傳統(tǒng)的對單用戶的接收信號檢測采用匹配濾波方法,由匹配濾波器對經(jīng)過信道響應(yīng)的用戶的擴(kuò)頻序列波形進(jìn)行相關(guān)匹配運(yùn)算,實現(xiàn)信號與干擾的分離和檢測。在多址干擾和多徑干擾嚴(yán)重的情況下,傳統(tǒng)的單用戶匹配濾波方法的性能將不能滿足要求。在時隙CDMA系統(tǒng)中,可以采用聯(lián)合檢測技術(shù),即利用所有用戶的發(fā)送信號及其信道響應(yīng)的信息,將信號檢測當(dāng)作一個統(tǒng)一的相互關(guān)聯(lián)的聯(lián)合檢測過程來完成。采用該聯(lián)合檢測方法檢測接收信號,可抑制多址干擾和符號間干擾,極大地提高碼分多址系統(tǒng)的性能。
但是,采用聯(lián)合檢測方法達(dá)到改善系統(tǒng)性能的目的是要付出代價的,主要有以下兩方面的原因1)在進(jìn)行聯(lián)合檢測時,接收機(jī)必須知道當(dāng)前接入的所有用戶碼道的信道化碼及其信道響應(yīng)的完整信息。在某些情況下,尤其是在用戶終端接收下行鏈路信號時,往往因難以完整地得到這些信息而不能采用聯(lián)合檢測方法。
2)聯(lián)合檢測方法的計算復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單用戶匹配濾波方法,高復(fù)雜度給實現(xiàn)帶來較大的困難,并影響到成本、功耗和可靠性等指標(biāo)。
因此,針對不同的條件(信道環(huán)境優(yōu)劣,是否能得到完整信息等條件)和要求(性能及實現(xiàn)復(fù)雜度要求等)提供相應(yīng)的信號檢測解決方案就成了碼分多址移動通信系統(tǒng)應(yīng)用和發(fā)展的一個重要的技術(shù)需求。
另一方面,在3GPP TDD標(biāo)準(zhǔn)中,定義了三種信道估計碼的分配方式公共(common)、缺省(default)和指定(specific)方式。其中的common和default方式因能滿足上述第一條件而可以采用聯(lián)合檢測技術(shù),但其中的specific方式,則更適用于某些大容量用戶的情況,因為在specific方式下,各用戶終端只知道本用戶的擴(kuò)頻碼及其對應(yīng)的信道響應(yīng),無法知道其它用戶的信道估計碼與擴(kuò)頻碼之間的對應(yīng)關(guān)系,因此,在這種情況下難以利用其它碼道的信息進(jìn)行聯(lián)合檢測,導(dǎo)致終端接收檢測的性能下降。
另外,在某些應(yīng)用中,希望簡化接收檢測的算法。一個例子是在終端接收下行高速率數(shù)據(jù)的應(yīng)用(如高速下行分組接入HSDPA)中,讓終端實現(xiàn)復(fù)雜度較高的接收檢測算法有困難;再一個例子是在某些信道環(huán)境相對較好的情況下,就沒有做聯(lián)合檢測的必要,不需要采用復(fù)雜的算法。
針對上述需求,我們必須充分利用碼分多址移動通信系統(tǒng)的特點來研究新的信號檢測方法。
在3GPP TDD系統(tǒng)中,可以利用兩個重要的信息一個是擴(kuò)頻碼的正交性;另一個是由信道估計碼可以得到所有用戶的信道估計結(jié)果。
關(guān)于擴(kuò)頻碼的正交性。在正交碼碼分多址系統(tǒng)中,擴(kuò)頻碼是由相互正交的信道化碼與小區(qū)擾碼相乘的乘積,同一小區(qū)的不同碼道之間存在正交性。比如,3GPP TDD標(biāo)準(zhǔn)中復(fù)數(shù)擴(kuò)頻碼c(kru)是被ji調(diào)制的二進(jìn)制數(shù),下行鏈路的擴(kuò)頻碼c(kru)可由下式得到c‾(kru)=w16(k)·c16(k)·v‾]]>其中,c16(k)是對應(yīng)kru的信道化碼(擴(kuò)頻因子為16,序號為k的沃爾什碼),w16(k)是與之對應(yīng)的復(fù)數(shù)因子,v是由小區(qū)決定的復(fù)數(shù)擾碼矢量。
擴(kuò)頻碼之間存在正交性,即滿足下式
式中*T表示共軛轉(zhuǎn)置(同符號H),當(dāng)擴(kuò)頻因子為16時,兩個同序號的擴(kuò)頻碼內(nèi)積結(jié)果為16,兩個不同序號的擴(kuò)頻碼內(nèi)積結(jié)果為0。
關(guān)于多用戶的信道估計。在3GPP TDD系統(tǒng)中,利用信道估計碼可以得到本小區(qū)所有用戶的信道響應(yīng)結(jié)果h(k),表示成下式h(k)=(h1(k),h2(k),···,hW(k))T]]>式中,k=1,…,K,代表不同的信道估計窗,W表示信道估計的窗長,T表示轉(zhuǎn)置。
在3GPP TDD標(biāo)準(zhǔn)給出的各種信道估計碼分配方式中,雖然不能保證得到信道估計碼與擴(kuò)頻碼之間確定的對應(yīng)關(guān)系,但是可以保證得到對應(yīng)不同用戶的確定的信道響應(yīng)估計結(jié)果。這個信道響應(yīng)估計結(jié)果可以反映信道估計窗口所對應(yīng)的一個或多個碼道的完整的信道響應(yīng),能反映出多徑響應(yīng)的時間波形和功率特性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種正交碼CDMA信號檢測方法,通過充分利用正交碼的特性檢測正交碼CDMA信號,以簡單的方式改進(jìn)實現(xiàn)匹配濾波方法或聯(lián)合檢測方法,可以以較小的代價換取移動通信系統(tǒng)性能的改善。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是這樣的一種正交碼CDMA信號檢測方法,包括步驟A.利用信道估計碼對輸入的接收信號進(jìn)行信道估計,得到本小區(qū)所有用戶的信道響應(yīng)結(jié)果,其特征在于還包括以下步驟B.利用本小區(qū)所有用戶的信道響應(yīng)結(jié)果,選擇不進(jìn)行聯(lián)合檢測,則選擇本小區(qū)所有的碼道作為參與估算的干擾碼道,或者選擇進(jìn)行聯(lián)合檢測,則選擇不參與聯(lián)合檢測的本小區(qū)碼道作為參與估算的干擾碼道,估算各個多徑信號所受干擾的總功率;
C.利用待檢測用戶的擴(kuò)頻碼及其信道響應(yīng)估計結(jié)果對輸入的接收信號進(jìn)行各個碼道各個多徑信號的匹配濾波,并利用各個多徑信號所受干擾的總功率,對各個多徑信號的匹配濾波結(jié)果進(jìn)行最大比合并,得到優(yōu)化的匹配濾波結(jié)果;D.判斷步驟B中是選擇不進(jìn)行聯(lián)合檢測時終止本步驟,輸出優(yōu)化的匹配濾波結(jié)果為正交碼CDMA信號的檢測結(jié)果;判斷步驟B中是選擇進(jìn)行聯(lián)合檢測時,進(jìn)一步執(zhí)行步驟E;E.對步驟C獲得的優(yōu)化的匹配濾波結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合檢測,獲得聯(lián)合檢測結(jié)果為正交碼CDMA信號的檢測結(jié)果。
本發(fā)明提供了一種正交碼CDMA信號的檢測方法,具體的實現(xiàn)過程主要包括估算各個多徑信號所受干擾的總功率;對各個多徑信號進(jìn)行匹配濾波并利用各個多徑信號所受干擾的功率進(jìn)行最大比合并,得到優(yōu)化的匹配濾波輸出;和對優(yōu)化的匹配濾波輸出進(jìn)行聯(lián)合檢測??捎袃煞N實施方案采用優(yōu)化匹配濾波檢測方案時,只需執(zhí)行前兩個主要步驟;在采用聯(lián)合檢測方案時,執(zhí)行全部三個主要步驟。
本發(fā)明的方法,利用信道估計的結(jié)果和正交碼的特性來估計信號每一徑所受的干擾,并利用估計的干擾進(jìn)行最大比合并。本發(fā)明的方法充分利用了正交碼的特性和多用戶信道估計的結(jié)果,以簡單的方式改進(jìn)實現(xiàn)了匹配濾波方法或聯(lián)合檢測方法,可以以較小的代價換取移動通信系統(tǒng)性能的改善。
本發(fā)明在下述兩種情況下具有重要意義1)在某些情況下,接收機(jī)不能得到當(dāng)前接入的干擾用戶碼道的信道化碼及其對應(yīng)的信道響應(yīng)的完整信息時,通過采用本發(fā)明的方法,充分利用接收機(jī)可以得到的信息,也即正交碼的特性和多用戶信道估計的結(jié)果,改進(jìn)了原有的匹配濾波和聯(lián)合檢測算法,實現(xiàn)了系統(tǒng)性能的改善。
2)在某些情況下,由于接收機(jī)實現(xiàn)復(fù)雜度的限制,只能實現(xiàn)匹配濾波方法,而不能采用聯(lián)合檢測方法時,利用本發(fā)明提供的優(yōu)化匹配濾波方法,其復(fù)雜度與傳統(tǒng)匹配濾波方法接近,而性能卻有明顯的提高。本發(fā)明為實現(xiàn)低復(fù)雜度接收機(jī)性能的改進(jìn)提供了一種解決方案。
本發(fā)明的方法適用于采用正交碼的時隙CDMA系統(tǒng),尤其適用于終端接收機(jī)的應(yīng)用。當(dāng)然,在基站接收機(jī)中也可以采用本發(fā)明的方法。
圖1是實施本發(fā)明方法的流程框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的方法是針對采用正交碼的時隙CDMA系統(tǒng),利用擴(kuò)頻碼的正交特性和多用戶的信道響應(yīng)提出的一種正交碼CDMA信號的檢測方法,可針對不同的條件和要求提供相應(yīng)的信號檢測解決方案。
結(jié)合圖1,詳細(xì)說明本發(fā)明方法的具體執(zhí)行步驟。
步驟11,利用信道估計碼對輸入的接收信號進(jìn)行信道估計,獲得信道估計結(jié)果hi(k)(信道估計是每一個移動通信系統(tǒng)必須進(jìn)行的步驟,本發(fā)明方法是在利用信道估計結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行的)。
步驟12,利用信道估計的結(jié)果估算各個多徑信號所受干擾的總功率σtotal,i2。
利用信道估計的結(jié)果可以估計出干擾碼道在每個時延位置上的總功率。正交碼的特性之一是相同時延位置上的不同正交碼道之間的相互干擾功率為零,根據(jù)該特性,某一信號碼道在每個時延位置上受到干擾碼道的總干擾功率,應(yīng)該為所有時延位置上干擾碼道功率之和,減去與該時延位置相同的時延位置上的干擾碼道功率(下述公式2)。信號碼道在每個時延位置上受到的總的干擾功率,就是本小區(qū)干擾碼道的干擾功率加上鄰近小區(qū)和熱噪聲的功率(下述公式3)。
首先利用信道估計的結(jié)果hi(k)估算在每個時延位置上干擾碼道的總功率PI,i(符號I僅表征干擾) 公式(1)
式中,i=1,…,W,W表示信道估計的窗長,k=1,…,K,代表不同的信道估計窗,需要注意的是,式中的“干擾碼道k”,可以取不參與聯(lián)合檢測的本小區(qū)碼道求和(選擇進(jìn)行聯(lián)合檢測時)或包括本用戶本碼道的本小區(qū)所有的碼道求和(選擇不進(jìn)行聯(lián)合檢測時)。取前者時在后續(xù)步驟中將采用聯(lián)合檢測方法,利用擴(kuò)頻碼信道估計結(jié)果對加權(quán)優(yōu)化匹配濾波結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合檢測并輸出聯(lián)合檢測結(jié)果;取后者時將在后續(xù)步驟中僅利用多用戶的信道估計結(jié)果、輸入的接收信號和估算的各個多徑信號干擾功率進(jìn)行加權(quán)優(yōu)化匹配濾波并輸出匹配濾波結(jié)果;然后根據(jù)正交碼的特性(同一時延位置上的正交碼的干擾應(yīng)為零),估算出每個時延位置(或稱抽頭位置,共有W個時延位置)上信號碼道受到干擾碼道干擾的總功率IiIi=Σj=1WpI,j-pI,i]]>公式(2)進(jìn)一步估算得到各個多徑信號所受干擾的總功率σtotal,i2,即每個時延位置上信號碼道受到干擾碼道干擾的總功率與鄰近小區(qū)干擾及熱噪聲干擾之和,表示成下式σtotal,i2=βIi+σn02]]>公式(3)其中,σn02是鄰近小區(qū)干擾及熱噪聲的功率;β是對公式(2)進(jìn)行每個時延位置上信號碼道受到干擾碼道干擾的干擾估算的加權(quán)因子,其取值范圍可為0.5至2,本實施例取為1。
步驟13,通過對各個多徑信號進(jìn)行匹配濾波并利用各個多徑信號所受的干擾功率進(jìn)行最大比合并,得到優(yōu)化的匹配濾波輸出。利用待檢測用戶的擴(kuò)頻碼在每個時延位置上的信道響應(yīng)估計結(jié)果對信號碼道的每個多徑信號進(jìn)行相關(guān)匹配濾波,并利用步驟12得到的信號碼道在每個時延位置上所受干擾的總功率,對各個多徑信號的匹配濾波結(jié)果按最大比合并進(jìn)行加權(quán)求和,得到優(yōu)化的匹配濾波輸出。
設(shè)各個碼道各個時延位置上匹配濾波后的加權(quán)系數(shù)為wi(k),它應(yīng)該和總的干擾功率σtotal,i2成反比,表示成下式wi(k)∝1σtotal,i2]]>公式(4)由此得到優(yōu)化的匹配濾波的輸出為d^MF=w1A1*Te+w2A2*Te+···+wWAW*Te]]>=Σi=1WwiAi*Te]]>=B*Te]]>公式(5)式中,wi=diag(wi(1),wi(2),···,wi(K))⊗I,]]>為加權(quán)系數(shù)矩陣,是Kroneck積,I是單位矩陣;A是系統(tǒng)響應(yīng)矩陣,B=Σi=1WWiAi,]]>e為輸入的接收信號。
如果在步驟12中,參與估算的干擾碼道是本小區(qū)所有的碼道(即選擇不進(jìn)行聯(lián)合檢測)時終止本步驟,輸出優(yōu)化的匹配濾波結(jié)果為正交碼CDMA信號的檢測結(jié)果,即圖中1端輸出的匹配濾波結(jié)果 就是檢測正交碼CDMA信號的結(jié)果;如果在步驟12中,參與估算的干擾碼道是不進(jìn)行聯(lián)合檢測的本小區(qū)碼道(即選擇進(jìn)行聯(lián)合檢測)時,進(jìn)一步執(zhí)行步驟14;步驟14,對優(yōu)化的匹配濾波輸出進(jìn)行聯(lián)合檢測。利用擴(kuò)頻碼及其對應(yīng)的信道響應(yīng)(信道估計結(jié)果),對步驟13獲得的匹配濾波結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合檢測。聯(lián)合檢測可以采用線性處理的方案,也可以采用非線性處理的方案。經(jīng)聯(lián)合檢測后,圖中2端得到多碼道信號的聯(lián)合檢測輸出結(jié)果即為正交碼CDMA信號的檢測結(jié)果。
可以采用判決反饋和干擾抵消的方法實現(xiàn)聯(lián)合檢測(傳統(tǒng)使用的聯(lián)合檢測方法之一),或采用線性塊均衡的方法實現(xiàn)聯(lián)合檢測。其中采用線性塊均衡的聯(lián)合檢測算法為d^=(T)-1B*Te]]>公式(6)其中(T)可通過下式求出
式中ZF-BLE為迫零-塊線性均衡方式,MMSE-BLE為最小均方誤差-塊線性均衡方式,σn2表示包括本小區(qū)干擾碼道在內(nèi)的所有干擾的功率。
綜上所述,本發(fā)明方法在實際應(yīng)用時,有兩種典型的選擇方案一種是采用聯(lián)合檢測的方案。這種方案需要完整地實現(xiàn)上述步驟(步驟12、13、14),但在步驟12中估算各個多徑信號所受干擾功率時,干擾碼道k是取不參與聯(lián)合檢測的其它正交碼道求和。
另一種是不采用聯(lián)合檢測的方案,這種方案只采用上述優(yōu)化匹配濾波(步驟12、13)的步驟,但在步驟12中估算各個多徑信號所受干擾功率時,干擾碼道k是取所有的正交碼道(包括本用戶本碼道)求和。
本發(fā)明的方法尤其適用于正交碼碼分多址系統(tǒng)的終端設(shè)備中,當(dāng)然也可應(yīng)用于基站設(shè)備中。
權(quán)利要求
1.一種正交碼CDMA信號檢測方法,包括步驟A.利用信道估計碼對輸入的接收信號進(jìn)行信道估計,得到本小區(qū)所有用戶的信道響應(yīng)結(jié)果,其特征在于還包括以下步驟B.利用本小區(qū)所有用戶的信道響應(yīng)結(jié)果,選擇不進(jìn)行聯(lián)合檢測,則選擇本小區(qū)所有的碼道作為參與估算的干擾碼道,或者選擇進(jìn)行聯(lián)合檢測,則選擇不參與聯(lián)合檢測的本小區(qū)碼道作為參與估算的干擾碼道,估算各個多徑信號所受干擾的總功率;C.利用待檢測用戶的擴(kuò)頻碼及其信道響應(yīng)估計結(jié)果對輸入的接收信號進(jìn)行各個碼道各個多徑信號的匹配濾波,并利用各個多徑信號所受干擾的總功率,對各個多徑信號的匹配濾波結(jié)果進(jìn)行最大比合并,得到優(yōu)化的匹配濾波結(jié)果;D.判斷步驟B中是選擇不進(jìn)行聯(lián)合檢測時終止本步驟,輸出優(yōu)化的匹配濾波結(jié)果為正交碼CDMA信號的檢測結(jié)果;判斷步驟B中是選擇進(jìn)行聯(lián)合檢測時,進(jìn)一步執(zhí)行步驟E;E.對步驟C獲得的優(yōu)化的匹配濾波結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合檢測,獲得聯(lián)合檢測結(jié)果為正交碼CDMA信號的檢測結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交碼CDMA信號檢測方法,其特征在于所述步驟B中估算各個多徑信號所受干擾的總功率進(jìn)一步包括B1.利用信道響應(yīng)結(jié)果hi(k)通過公式 估算每個時延位置上干擾碼道的總功率PI,i,k=1,…,K代表不同的信道估計窗;B2.根據(jù)正交碼的特性,通過公式Ii=Σj=1WpI,j-pI,i]]>估算出每個時延位置上信號碼道受到干擾碼道干擾的總功率Ii,i=1,…,W,W表示信道估計的窗長;B3.通過公式σtotal,i2=βIi+σn02]]>進(jìn)一步估算得到各個多徑信號所受干擾的總功率σtotal,i2,σn02是鄰近小區(qū)干擾及熱噪聲的功率,β是對每個時延位置上信號碼道受到干擾碼道干擾的干擾估算的加權(quán)因子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正交碼CDMA信號檢測方法,其特征在于所述β的取值范圍為0.5至2。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的正交碼CDMA信號檢測方法,其特征在于所述β的取值為1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交碼CDMA信號檢測方法,其特征在于所述步驟C獲得優(yōu)化的匹配濾波結(jié)果進(jìn)一步包括C1.利用各個多徑信號所受干擾的總功率σtotal,i2,通過公式wi(k)∝1σtotal,i2]]>求得各個碼道各個時延位置上匹配濾波后的加權(quán)系數(shù)wi(k);C2.利用公式d^MF=w1A1*Te+w2A2*Te+···+wWAW*Te]]>=Σi=1WwiAi*Te]]>=B*Te]]>得到優(yōu)化的匹配濾波結(jié)果 加權(quán)系數(shù)矩陣wi=diag(wi(1),wi(2),···,wi(K))⊗I,]]>是Kroneck積,I是單位矩陣,A是系統(tǒng)響應(yīng)矩陣,B=Σi=1WWiAi,]]>e為輸入的接收信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交碼CDMA信號檢測方法,其特征在于所述步驟E進(jìn)行聯(lián)合檢測進(jìn)一步包括采用線性塊均衡的聯(lián)合檢測方法,通過公式d^=(T)-1B*Te]]>進(jìn)行聯(lián)合檢測獲得聯(lián)合檢測結(jié)果 B*Te是步驟C獲得的優(yōu)化的匹配濾波結(jié)果,e是輸入的接收信號,(T)通過公式 求出,σn2表示干擾功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交碼CDMA信號檢測方法,其特征在于所述步驟E進(jìn)行聯(lián)合檢測進(jìn)一步包括采用判決反饋和干擾抵消的方法對步驟C獲得的優(yōu)化的匹配濾波結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合檢測。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正交碼CDMA信號的檢測方法。實現(xiàn)過程主要包括估算各個多徑信號所受干擾的總功率;對各個多徑信號進(jìn)行匹配濾波并利用各個多徑信號所受干擾的功率進(jìn)行最大比合并,得到優(yōu)化的匹配濾波輸出;和對優(yōu)化的匹配濾波輸出進(jìn)行聯(lián)合檢測。可有兩種實施方案采用優(yōu)化匹配濾波檢測方案時,只需執(zhí)行前兩個主要步驟;采用聯(lián)合檢測方案時,執(zhí)行全部三個主要步驟。兩種方案在估算各個多徑信號所受干擾總功率時,對參與估算的干擾碼道需作出選擇,即選擇本小區(qū)所有碼道或者不進(jìn)行聯(lián)合檢測的本小區(qū)碼道。由于充分利用了正交碼的特性和信道估計的結(jié)果,以較小的代價改進(jìn)了系統(tǒng)的性能。尤其適用于正交碼碼分多址系統(tǒng)的終端設(shè)備中。
文檔編號H04B7/26GK1581751SQ0314976
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月5日
發(fā)明者王映民, 楊貴亮, 孫長果 申請人:大唐移動通信設(shè)備有限公司