CN100407589C - 针对串行干扰消除检测技术的基站侧用户功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种串行干扰消除多用户检测技术。为提供一种在基站侧进行最优用户功率控制的解决方案，本发明方法包括如下步骤：(a)测得串行干扰消除多用户检测器的小区中所有用户功率估计并消除干扰后的误差值ε₁、ε₂、...、ε_K，其中K为总用户数，并确定误差值低于一预定的门限值；(b)根据上述误差值和小区内K个用户总功率的上限，计算小区内K个用户功率分布的数值解；(c)根据用户在小区中的位置分配由步骤(b)得到的发射功率，并使离基站越远的用户分配较小的功率。

Description

针对串行干扰消除检测技术的基站侧用户功率控制方法

【技术领域】

本发明是关于一种第三代移动通信系统中的多用户功率控制的方法，尤其涉及一种针对串行干扰消除多用户检测器技术(Successive InterferenceCancellation Multi-User Detection，SICMUD)，对基站侧用户功率的分配控制方法。

【背景技术】

多用户检测技术是第三代移动通信系统中宽带CDMA通信系统抗干扰的关键技术。从理论上讲，相比于传统CDMA接收机采用的各用户独立接收技术，多用户检测技术可以在很大程度上提高系统容量。例如S.Verdu提出的最优多用户检测器，其由匹配滤波和Viterbi译码算法组成，具有优异的性能。但是由于其的运算复杂和用户数目成指数级增长等因素，实际上无法实时实现。人们通常倾向于选择比较易于实现的次优多用户检测器。

次优多用户检测技术分为两类：线性多用户检测和非线性多用户检测。串行干扰多用户消除器(Successive Interference Cancellation Multi-User Detection)是一种比较常用的非线性多用户检测技术。图1是一现有串行干扰消除器的工作原理示意图。

在码分多址系统中，由于多个用户的随机接入，而所使用的扩频码集一般又不能严格正交，非零互相关系数将引起各用户间的相互干扰，这种现象称为多址干扰(Multi-Access Interference，MAI)。如图1所示，串行干扰消除器一般由多极组成，一级对一个用户序列信号进行判决，然后再造并减去该信号造成的MAI干扰，以减轻下一级的MAI。用户的操作顺序是根据信号功率的大小来定的，即按照功率由高到低的顺序依次对用户信号进行估计和消除。功率较大的信号先进行操作，直至获取最弱用户信号的估计值。

串行干扰多用户消除器的优点是实现起来比较简单，性能上比传统检测器有较大提高。它的缺点是：不同于现在商用系统所要求的在接收端各用户信号功率相同的原则，串行干扰多用户消除器需要接收端用户的功率满足一定的分布。如果功率非常接近，采用串行干扰多用户消除器对接收机的性能改善不大。此外，其最不利的一点就是当初始数据判决(包括对信号幅度和相位的判断)不可靠时，将对下级判断产生干扰。当这种干扰积累到一定程度后，接收机的性能会显著下降。

如果要将串行干扰多用户消除器检测技术应用到现有的商用系统中，并发挥其性能优势，对用户功率分布的严格控制是非常必要的。目前针对串行干扰多用户消除器进行功率控制的算法在各种技术文献中很少提及。

【发明内容】

为此，本发明要解决的技术问题是提供一种针对串行干扰消除器技术在基站侧进行用户功率控制的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种针对串行干扰消除器技术在基站侧进行用户功率控制的方法。其包括以下步骤：

(a)测得串行干扰消除多用户检测器的小区中所有用户功率估计并消除干扰后的误差值ε₁、ε₂、...、ε_K，其中K为总用户数，并确定误差值低于一预定的门限值；

(b)根据上述误差值和小区内K个用户总功率的上限，计算小区内K个用户功率分布的数值解；

(c)根据用户在小区中的位置分配由步骤(b)得到的发射功率，并使离基站越远的用户分配较小的功率。

所述步骤b)中小区内K个用户功率分布的数值解通过公式： $P_k=P_{k-1}-\frac{(1-{\mathrm{\ϵ}}_{k-1}){P_{k-1}}^2}{\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i-\underset{i=1}{\overset{k-2}{\mathrm{\Σ}}}(1-{\mathrm{\ϵ}}_i)P_i+N}$ 求得，P_k为第k个用户的功率，N为背景噪声功率。

上述步骤(b)可包括如下步骤：

a)设定P₁＝P_T/K，其中P_T为K个用户的总发射功率，并取上述误差值，代入公式 $P_k=P_{k-1}-\frac{(1-{\mathrm{\ϵ}}_{k-1}){P_{k-1}}^2}{\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i-\underset{i=1}{\overset{k-2}{\mathrm{\Σ}}}(1-{\mathrm{\ϵ}}_i)P_i+N}$ 中，求得小区内K个用户各自的发射功率，并求得累加值为∑P_k；

b)若该累加值∑P_k不小于总发射功率P_T，则该用户各自的发射功率为用户功率分布的数值解，若该累加值∑P_k小于总发射功率P_T，则

c)微量增加上述P₁值，并代入公式 $P_k=P_{k-1}-\frac{(1-{\mathrm{\ϵ}}_{k-1}){P_{k-1}}^2}{\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i-\underset{i=1}{\overset{k-2}{\mathrm{\Σ}}}(1-{\mathrm{\ϵ}}_i)P_i+N}$ 中，求得小区内K个用户各自的发射功率，并求得累加值为∑P_k，直至该累加值∑P_k不小于总发射功率P_T，该用户各自的发射功率即为用户功率分布的数值解。

该方法可进一步包括步骤(d)：当小区接入的用户总数K发生变化，返回步骤(b)重新计算用户功率分布的数值解，并执行步骤(c)进行功率分配控制。

本发明是针对串行干扰消除器技术在基站侧进行用户功率控制的方法。该方法可以提供串行干扰消除器所需的最优用户功率分布，并对串行干扰消除器的数据判决不可靠现象有较强的抗干扰作用，而且可以在多小区系统中减小小区间的干扰，从而最终增加系统容量。

【附图说明】

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

图1是现有串行干扰消除器的工作原理示意图。

图2是本发明用户功率控制方法的流程图。

图3是本发明采用迭代方法求取最佳用户功率分布的流程图。

【具体实施方式】

本发明的用户功率控制的方法，其包括以下步骤：

(a)测得串行干扰消除多用户检测器的所有用户功率估计并消除干扰后的误差值ε₁、ε₂、...、ε_K，并确定误差值低于一预定的门限值；

(b)根据上述误差值和小区内K个用户总功率的上限，代入公式 $P_k=P_{k-1}-\frac{(1-{\mathrm{\ϵ}}_{k-1}){P_{k-1}}^2}{\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i-\underset{i=1}{\overset{k-2}{\mathrm{\Σ}}}(1-{\mathrm{\ϵ}}_i)P_i+N}$ 中，求得小区内K个用户功率分布的数值解，其中K为总用户数，P_k为第k个用户的功率，N为背景噪声功率；

(c)根据用户在小区中的位置分配由步骤(b)得到的发射功率，并使离基站越远的用户分配较小的功率。

当小区接入的用户总数K发生变化，该方法进一步包括步骤(d)：返回步骤(b)重新计算用户功率分布的数值解，并执行步骤(c)进行功率分配控制。

在步骤(a)中，用户功率消除误差值的来源有两类：比特判决错误和对信号幅度/相位的估计不准确。前者等同于误码率，一般比较低；后者是在实际系统中接收方对动态信道估计存在误差造成的，一般占主导地位。

对误差值的估计可以采用用户发送已知测试信号，接收机端进行估计和消除后，测量残余功率百分比并进行统计的方法获得。应确定误差值低于一定的门限值，本实施例中取该门限值为0.5。如果误差值过大，检测器的性能会显著下降。

在步骤(b)中，误差值的最后取值一般为测量结果的保守估计值。根据对系统的模拟结果，以误差值的保守估计值计算出来的功率分布对串行干扰消除多用户检测器的数据判决不可靠现象有较强的抗干扰作用。因此，本发明的一较佳方案以误差值的保守估计值计算用户的功率分布。

在不存在数据判决错误的理想状态下；理想的小区用户功率分布函数为P_k＝γN(1+γ)^K-k。

其中，K是小区内的用户总数，P_k是第k个用户的功率，γ是信号干扰比，N是背景噪声功率。

考虑到数据判决不完全准确的情况，假设ε_k代表第k个用户的功率在估计和消除后所剩的误差。可以推导出此时的最佳用户功率分布函数为

$P_k=P_{k-1}-\frac{(1-{\mathrm{\ϵ}}_{k-1}){P_{k-1}}^2}{\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i-\underset{i=1}{\overset{k-2}{\mathrm{\Σ}}}(1-{\mathrm{\ϵ}}_i)P_i+N}---\left(1\right)$

在实际应用中，ε_k是一个随机变量。如前所述，在ε_k低于一定门限值的条件下，采用以其保守的估计值代入(1)得到的用户功率分布函数P_k进行功率控制，可以有效地保证检测器的良好性能。

请参照图3，本发明提供一种迭代的方法求得P_k数值解。

首先，令P₁＝P_T/K，其中P_T为K个用户总发射功率。用步骤(a)得到的误差值的估计值代入公式(1)计算出K个用户的各自发射功率，并进行累加并求得累加值为∑P_k。如果累加值∑P_k小于P_T，则微量增加P₁的值，重复以上过程，直到该累加值∑P_k大于或等于P_T为止。用这样的方法可以保证得到的功率分布函数收敛于公式(1)的解。

为了克服传统CDMA系统中的“远近效应”，一般远离基站的用户其发射功率要远高于基站附近的用户，以保证在基站接收端用户功率基本相同。这样一来，这些用户对邻接小区的干扰也较大。

在采用步骤(b)所得到的功率分布函数结果进行功率分配的串行干扰消除器的系统中，由于MAI的逐级消除，最后检测的用户在较小的信噪比下就可达到可靠的性能。因而在步骤(c)中，在分配用户发射功率的时候，可以按照用户离基站的远近顺序，越远的用户分到的P_k值越小。一般这些用户也是离邻接小区比较近的用户，这样一来小区间的干扰会降低。

本申请的发明人经系统模拟显示，小区间的干扰因子在理想的情况下可以从传统的CDMA系统的高达50％左右下降到不足10％。而系统容量即使在误差值比较大的条件下，例如接近50％时，也可以增加一倍以上。

另外，在实际的移动通讯系统中，小区内接入的用户数量是不断变化的。在有新用户接入或已有用户离开小区的情况下，因为用户数目K发生了变化。所以，当小区接入的用户总数K发生变化，该方法还进一步包括步骤(d)，返回步骤(b)重新计算用户功率分布的数值解，并执行步骤(c)进行下一轮功率分配控制。

需要说明的是，上述说明仅是对本发明较佳实施例的详细描述，叙述仅为说明本发明的可实现性及其突出效果，具体特征并不能用来作为对本发明的技术方案的限制，本发明的保护范围应以本发明所附权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种针对串行干扰消除多用户检测技术的基站侧的用户功率控制方法，其特征在于其包括如下步骤：

(a)测得串行干扰消除多用户检测器的小区中所有用户功率估计并消除干扰后的误差值ε₁、ε₂、…、ε_K，其中K为总用户数，并确定误差值低于一预定的门限值；

(b)根据上述误差值和小区内K个用户总功率的上限，计算小区内K个用户功率分布的数值解；

(c)根据用户在小区中的位置分配由步骤(b)得到的发射功率，并使离基站越远的用户分配较小的功率。

2.如权利要求1所述的用户功率控制方法，其特征在于所述步骤(b)中小区内K个用户功率分布的数值解通过公式： $P_k=P_{k-1}-\frac{(1-{\mathrm{\ϵ}}_{k-1}){P_{k-1}}^2}{\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i-\underset{i=1}{\overset{k-2}{\mathrm{\Σ}}}(1-{\mathrm{\ϵ}}_i)P_i+N}$ 求得，P_k为

第k个用户的功率，N为背景噪声功率。

3.如权利要求2所述的用户功率控制的方法，其特征在于步骤(b)包括如下步骤：

a)设定P₁＝P_T/K，其中P_T为K个用户的总发射功率，并取上述误差值，代入公式 $P_k=P_{k-1}-\frac{(1-{\mathrm{\ϵ}}_{k-1}){P_{k-1}}^2}{\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i-\underset{i=1}{\overset{k-2}{\mathrm{\Σ}}}(1-{\mathrm{\ϵ}}_i)P_i+N}$ 中，求得小区内K个用户各自的发射

功率，并求得累加值为∑P_k；

b)若该累加值∑P_k不小于总发射功率P_T，则该用户各自的发射功率为用户

功率分布的数值解，若该累加值∑P_k小于总发射功率P_T，则

c)微量增加上述P₁值，并代入公式 $P_k=P_{k-1}-\frac{(1-{\mathrm{\ϵ}}_{k-1}){P_{k-1}}^2}{\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i-\underset{i=1}{\overset{k-2}{\mathrm{\Σ}}}(1-{\mathrm{\ϵ}}_i)P_i+N}$ 中，求得小

区内K个用户各自的发射功率，并求得累加值为∑P_k，直至该累加值∑P_k不小于总发射功率P_T，该用户各自的发射功率即为用户功率分布的数值解。

4.如权利要求2所述的用户功率控制方法，其特征在于该方法进一步包括步骤(d)：当小区接入的用户总数K发生变化，返回步骤(b)重新计算用户功率分布的数值解，并执行步骤(c)进行功率分配控制。

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