專利名稱：一種多用戶擴頻通信系統(tǒng)聯(lián)合檢測的改進方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多用戶擴頻通信系統(tǒng)中的信號解調(diào)技術。
一般來說，由于通信業(yè)務量的增大和通信頻帶的帶寬相對有限，對一個通信系統(tǒng)而言，其容量或者其頻譜利用效率變得越來越重要。目前，現(xiàn)有的第三代移動通信系統(tǒng)，如WCDMA(寬帶碼分多址)系統(tǒng)、TD-SCDMA(時分同步碼分多址)系統(tǒng)，通常采用聯(lián)合檢測等方法提高系統(tǒng)的容量和頻譜效率。這些系統(tǒng)大多采用擴頻技術，擴頻技術是一種用不同的特征碼序列，即擴頻碼來區(qū)分不同用戶的數(shù)據(jù)的技術。由于存在擴頻碼之間的互相關性能不是特別好，信道存在時延擴展，導致碼間串擾(ISI)，進一步導致多址干擾(MAI)。對于一般的多用戶擴頻系統(tǒng)而言，多址干擾是總的干擾中很關鍵的一種，通常是影響系統(tǒng)容量的關鍵因素之一。因此，在信號解調(diào)技術中，為了減弱多址干擾的影響，通常采用多用戶聯(lián)合檢測的方法，以抑制多址干擾，且進一步增加系統(tǒng)容量。然而，在信道估計存在誤差時，傳統(tǒng)的多用戶聯(lián)合檢測方法對系統(tǒng)性能的改進能力有所下降，尤其是在信道信噪比較低時，對系統(tǒng)性能的改進受到影響。
針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種多用戶擴頻通信系統(tǒng)聯(lián)合檢測的改進方法，使用該方法可以改進通信系統(tǒng)性能，使通信系統(tǒng)性能受信道估計誤差或信道信噪比較低時的信道環(huán)境影響較小。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種多用戶擴頻通信系統(tǒng)聯(lián)合檢測的改進方法，首先根據(jù)通常的聯(lián)合檢測方法得到的對發(fā)送數(shù)據(jù)的信道估計，求出矩陣T，對矩陣T做修正，以降低錯誤的干擾消除帶來的誤差，然后再按照通常的聯(lián)合檢測方法進行多址干擾消除，最后得到解調(diào)數(shù)據(jù)的輸出。
根據(jù)上述的改進方法，具體包括以下步驟(1)根據(jù)經(jīng)過天線接收及射頻處理之后得到的多個用戶的基帶信號，對各個用戶做信道估計；(2)由上述步驟(1)得到的信道估計的結(jié)果和各用戶的擴頻碼得到復合的傳輸矩陣A；(3)由上述步驟(2)得到的傳輸矩陣A，對接收信號進行匹配濾波得到初步的數(shù)據(jù)信號 (4)由上述步驟(2)得到的傳輸矩陣A得到矩陣T；(5)對由上述步驟(4)得到的矩陣T進行修正；(6)按照通常的聯(lián)合檢測的方法進行多址干擾消除，得到解調(diào)數(shù)據(jù)的輸出。
上面所述對矩陣T進行修正，是增強矩陣T的對角分量，即使得T＝T+aI，其中，參數(shù)a為大于零的實數(shù)，I為單位矩陣。參數(shù)a的取值與信道信噪比有關，其值大小通過仿真確定。所述參數(shù)a的取值與信道信噪比有關，是指當信道信噪比較低時，a取值略大，當信道信噪比較高時，a取值略小。
上面所述按照通常的聯(lián)合檢測的方法進行多址干擾消除處理，是按照下述方法進行計算d^=(T)-1d^c,WMF]]>。
實際中，由于在信道有噪聲的情況下傳輸矩陣A也存在誤差，使得聯(lián)合檢測的結(jié)果受到影響，本發(fā)明采用的技術方案是對系統(tǒng)的噪聲量加以修改使得聯(lián)合檢測性能得以提高，即對聯(lián)合檢測方法中引用的噪聲量根據(jù)信道信噪比加上一個適當?shù)臄?shù)值，降低了由于傳輸矩陣A存在噪聲引發(fā)的錯誤的干擾消除帶來新的誤差，因此，使用本發(fā)明可以改進通信系統(tǒng)性能，尤其是改進信道信噪比較低時的系統(tǒng)性能，使通信系統(tǒng)性能受信道估計誤差或信道信噪比較低時的信道環(huán)境影響較小。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述。


圖1是本發(fā)明實施例的程序流程意圖；圖2是本發(fā)明方法與傳統(tǒng)的最小均方誤差方法性能比較示意圖。
首先結(jié)合聯(lián)合檢測方法中的ZF(迫零)方法和MMSE(最小均方誤差)方法對本發(fā)明所依據(jù)的原理進行闡述。
設系統(tǒng)為同步擴頻系統(tǒng)，共有K個用戶，以時隙為單位進行解調(diào)，每個時隙包含N個符號，系統(tǒng)采取線性調(diào)制。每個用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)序列為d(k)=(d1(k),d2(k),...,dN(k))T,k=1....K]]>設每個用戶的擴頻序列的長度為Q，則有c(k)=(c1(k),c2(k),...,cQ(k))T,k=1....K]]>由于在系統(tǒng)中每個用戶信號經(jīng)過的信道都不一樣，即每個信道的沖擊響應均不一樣，假設每個用戶的信道沖擊響應已知，且沖擊響應的最大長度為W個碼片，則每個用戶的沖擊響應可以這樣表示h(k)=(h1(k),h2(k),...,hW(k))T,k=1...K]]>當W大于1時，產(chǎn)生碼間串擾ISI，多址干擾MAI也因ISI和其他信道畸變或擴頻碼c(k)的非完全正交或兩者共同產(chǎn)生。
對擴頻和信道響應作卷積，可以得到一個復合的信道響應b(k)=(b1(k),b2(k),...,bQ+W-1(k))T=c(k)*h(k)k=1...K]]>設接收的信號序列為e，每個序列包括N個符號，則序列的長度應為N*Q+W-1，假設各個用戶取得完全的同步，接收信號中的加性平穩(wěn)噪聲序列為n＝(n1，n2，...，nN*Q+W-1)T其均值為0，并具有協(xié)方差矩陣Rn＝E(n·nH)。
下面來構(gòu)造系統(tǒng)方程。
令所有用戶的數(shù)據(jù)表示為d=(d(1)T,d(2)T,...,d(K)T)T=(d1,d2,...,dN·K)T]]>相當于dj=dn(k);j=n+N(k-1)]]>定義傳輸矩陣AA＝(Aij)；i＝1...N.Q+W-1，j＝1...K·N其中 則系統(tǒng)的方程就可以寫成e＝Ad+n
下面討論上式的解法。
對于迫零方法，要求下式的值最小(e-Ad^c,ZF)HRn-1(e-Ad^c,ZF)]]>這樣得到對發(fā)送數(shù)據(jù)的無偏估計，具體為 對于最小均方誤差方法，要求下式的值最小E((d^c,MMSE-d)H·(d^c,MMSE-d))]]>得到對發(fā)送數(shù)據(jù)的估計 在典型情況下，假定n為高斯噪聲，并且前后數(shù)據(jù)不相關時即當?。襫＝σ2·I和Rd＝I時，(式1)和(式2)分別變?yōu)? 一般的ZF或MMSE方法按式3或式4，即可得到聯(lián)合解調(diào)的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的改進方法是把式3或式4改為下式 其中a(σ2)為一個大于1的實數(shù)，其值隨σ2或信噪比的大小而變化。
尤其在信噪比比較低的情況下，a(σ2)可以取得比較大一些，這樣得到的聯(lián)合檢測的性能在低信噪比的情況下得到更大改進。
本發(fā)明的改進方法也可如下述描述
對于上述式3，令T＝AH·A；對于上述式4，令T＝AHA+σ2·I，則式3和式4均可描述為d^c,MMSE|Rn=σ2·IRd=I=(T)-1·AH·e]]>。
對于上述T作如下修正，T＝T+aI a＞0為實數(shù)，I為單位矩陣。
當取Rn＝σ2·I和Rd＝I的假設不成立時，本改進的另一種描述形式為令 則式1變成 同樣，令 則式2變成 則本發(fā)明的另一種形式是在解方程式6、式7時，先求出T之后，適當增強主對角線的值，作修正T＝T+aI a＞0為實數(shù)，I為單位矩陣，在上述對于T按照T＝T+aI進行修正時，a的取值與信噪比有關，信噪比較低時a值可以稍微取大一些。信噪比較高時，a取值稍微取小一些。
經(jīng)此改進之后，聯(lián)合檢測的性能得到改進，尤其在低信噪比的情況下性能改進更大。
改進的原因在于在有噪聲的情況下傳輸矩陣A是存在誤差的，式6和式7都是針對A不存在噪聲的情況下，在某種判決準則下的最優(yōu)解。對于存在噪聲的情況下，效果不一定最佳。A存在噪聲，有可能使得錯誤的干擾消除帶來新的誤差，本發(fā)明的改進相當于把噪聲分量值加大，因此降低了這種誤差，減少了由于傳輸矩陣A存在誤差帶來的損失。
下面以本發(fā)明應用于TD-SCDMA(時分同步碼分多址)系統(tǒng)為例對本發(fā)明做進一步說明。
TD-SCDMA系統(tǒng)為一種以時隙為單位的同步CDMA系統(tǒng)，里面既有TDMA也CDMA的成份。在本例的TD-SCDMA系統(tǒng)中，采用720ms的超幀，每個超幀由72個時長為10ms的幀組成，每個10ms的幀又分為兩個5ms的子幀，5ms的子幀分成7個時長為0.675ms的標準時隙和三個特殊時隙DwPTS(下行導頻)、G(收發(fā)轉(zhuǎn)換保護時隙)、UpPTS(上行導頻)。系統(tǒng)的標準時隙結(jié)構(gòu)或突發(fā)結(jié)構(gòu)為每個突發(fā)包括兩個數(shù)據(jù)符號域，一個Midamble(中間導頻碼)域和長度為16個碼片的保護時間，其中midamble碼的長度是144個碼片，每個突發(fā)中數(shù)據(jù)長度為704個碼片。
根據(jù)用戶速率的不同，可以申請占用多個碼道或者時隙，或者兼而有之。
系統(tǒng)的擴頻方法為采用OVSF(正交可變擴頻因子)碼加長度為16的擾碼的方式。系統(tǒng)在接收和發(fā)送采用4-16陣元的智能天線技術。
本發(fā)明的具體實施過程如下，參見圖1。
首先根據(jù)通常的聯(lián)合檢測方法得到的對發(fā)送數(shù)據(jù)的信道估計，求出矩陣T，對矩陣T做修正，以降低錯誤的干擾消除帶來的誤差，然后再按照通常的聯(lián)合檢測方法進行多址干擾消除，最后得到解調(diào)數(shù)據(jù)的輸出。
上面所述方法通過以下步驟實現(xiàn)(1)根據(jù)經(jīng)過天線接收及射頻處理之后得到的多個用戶的基帶信號，對各個用戶做信道估計；
(2)由上述步驟(1)得到的信道估計的結(jié)果和各用戶的擴頻碼得到復合的傳輸矩陣A；(3)由上述步驟(2)得到的傳輸矩陣A，對接收信號進行匹配濾波得到初步的數(shù)據(jù)信號 (4)由上述步驟(2)得到的傳輸矩陣A得到矩陣T，即 或T=AHRn-1A+Rd-1]]>(5)對由上述步驟(4)得到的矩陣T進行修正；(6)按照通常的聯(lián)合檢測的方法進行多址干擾消除，即d^=(T)-1d^c,WMF,]]>上述干擾消除可以采取LU(下三角上三角分解方法)分解等方法，進而得到解調(diào)數(shù)據(jù)的輸出。
上述對矩陣T進行修正，是按照下述方法進行的T＝T+aI，其中，參數(shù)a為大于零的實數(shù)，I為單位矩陣，所述參數(shù)a的取值與信道信噪比有關，其值大小可以通過仿真確定，a的取值同時還要考慮信道信噪，當信道信噪比較低時，a取值略大，當信道信噪比較高時，a取值略小。
采用本發(fā)明的方法和采用傳統(tǒng)的MMSE方法的性能比較驗證結(jié)果參考圖2，驗證條件為系統(tǒng)采用兩個天線分集接收，16個用戶，擴頻碼長16，采用OVSF碼。信道采用ITU-R(國際電信聯(lián)盟無線通信部)M.1225中的Vehicular(車速)環(huán)境中的Channel A的信道模型。從圖2中可以看出采用本發(fā)明的方法聯(lián)合檢測的性能得到了提高。
權利要求
1.一種多用戶擴頻通信系統(tǒng)聯(lián)合檢測的改進方法，其特征在于該方法首先根據(jù)通常的解調(diào)方法得到的對發(fā)送數(shù)據(jù)的信道估計，求出矩陣T，對矩陣T做修正，以降低錯誤的干擾消除帶來的誤差，然后再按照通常的聯(lián)合檢測方法進行多址干擾消除，最后得到解調(diào)數(shù)據(jù)的輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的多用戶擴頻通信系統(tǒng)聯(lián)合檢測的改進方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)根據(jù)經(jīng)過天線接收及射頻處理之后得到的多個用戶的基帶信號，對各個用戶做信道估計；(2)由上述步驟(1)得到的信道估計的結(jié)果和各用戶的擴頻碼得到復合的傳輸矩陣A；(3)由上述步驟(2)得到的傳輸矩陣A，對接收信號進行匹配濾波得到初步的數(shù)據(jù)信號 (4)由上述步驟(2)得到的傳輸矩陣A得到矩陣T；(5)對由上述步驟(4)得到的矩陣T進行修正；(6)按照通常的聯(lián)合檢測的方法進行多址干擾消除，得到解調(diào)數(shù)據(jù)的輸出。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的多用戶擴頻通信系統(tǒng)聯(lián)合檢測的改進方法，其特征在于，所述對矩陣T進行修正，是按照下述方法進行的T＝T+aI，其中，參數(shù)a為大于零的實數(shù)，I為單位矩陣。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的多用戶擴頻通信系統(tǒng)聯(lián)合檢測的改進方法，其特征在于，所述按照通常的聯(lián)合檢測的方法進行多址干擾消除處理，是按照下述方法進行的d^=(T)-1d^c,WMF]]>。
5.根據(jù)權利要求3所述的多用戶擴頻通信系統(tǒng)聯(lián)合檢測的改進方法，其特征在于所述參數(shù)a的取值與信道信噪比有關，其值大小通過仿真確定。
6.根據(jù)權利要求3所述的多用戶擴頻通信系統(tǒng)聯(lián)合檢測的改進方法，其特征在于所述參數(shù)a的取值與信道信噪比有關，是指當信道信噪比較低時，a取值略大，當信道信噪比較高時，a取值略小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多用戶擴頻通信系統(tǒng)聯(lián)合檢測的改進方法,該方法是對系統(tǒng)的噪聲量加以修改使得聯(lián)合檢測性能得以提高,即對聯(lián)合檢測方法中引用的噪聲量根據(jù)信道信噪比加上一個適當?shù)臄?shù)值,降低了由于傳輸矩陣A存在噪聲引發(fā)的錯誤的干擾消除帶來新的誤差,因此,使用本發(fā)明可以改進通信系統(tǒng)性能,尤其是改進信道信噪比較低時的系統(tǒng)性能,使通信系統(tǒng)性能受信道估計誤差或信道信噪比較低時的信道環(huán)境影響較小。
文檔編號H04J13/02GK1355626SQ0012806
公開日2002年6月26日 申請日期2000年11月27日 優(yōu)先權日2000年11月27日
發(fā)明者蔡朝輝 申請人:華為技術有限公司