CN101036402B - 基于双倍采样的基带处理方法 - Google Patents

Abstract

一种基于双倍采样的基带处理方法，包括：对接收信号进行根升余弦滤波处理；对上述信号进行采样；根据采样后的数据对各个用户进行信道估计；对数据进行多用户的联合检测解调；其中，所述对上述信号进行采样步骤，包括：对上述信号进行双倍采样，所述采样的间隔为1/2码片；每个码片选取两个采样值的平均值作为该码片的采样值；将每个码片的采样值合成一路数据。采用本发明，在不增加计算复杂度而仅仅增加1倍的存储空间的情况下，有效地提高了系统接收信号的增益，尤其在信号同步较差时可获得较大的增益，降低了系统延时，提高了信号处理的实时性，适用于通信环境较恶劣的移动通信系统。

Description

基于双倍采样的基带处理方法

技术领域

本发明涉及TDD--CDMA系统和SCDMA系统的基带处理方法，具体地说，涉及TD-SCDMA系统的基带处理方法。

背景技术

TD-SCDMA系统是时分的同步码分多址系统，其中同步是要求在一个小区内工作在同一个时隙的所有激活用户设备的上行信号到达该小区的基站的时间大致相同，这样不但可以减小相邻时隙间的干扰，而且数字接收机在采样时能保持较大的信噪比。

然而，在实际的TD-SCDMA系统中，即使使用了同步控制算法，所有用户设备的信号到达基站的时间也不可能完全相同，但只要将所有用户设备的信号到达时间的差别控制在可允许的范围内(如几个码片宽度内)，就可以达到减小相邻时隙间的干扰的目的。但是，这并不能保证数字接收机在采样时能保持较大的信噪比，因为所有用户设备的信号到达时间之间只要有微小的差别(如1个码片宽度内)，就可能引起数字接收机在采样时的信噪比大大减小，从而导致整个系统的性能下降。

发明内容

本发明正是基于现有技术的上述问题提出的，其目的在于提供一种基于双倍采样的基带处理方法，以改善当上行信号的同步不够完善时的系统性能。

本发明提供的基于双倍采样的基带处理方法，包括：对接收信号进行根升余弦滤波处理；对上述信号进行采样；根据采样后的数据对各个用户进行信道估计；对数据进行多用户的联合检测解调；其中所述对上述信号进行采样的步骤，包括：对上述信号进行双倍采样，所述采样的间隔为1/2码片；每个码片选取两个采样值的平均值作为该码片的采样值；将每个码片的采样值合成一路数据。

优选地，所述根升余弦滤波处理的步骤进一步包括：对接收信号进行滤波和解复用；对每一个码片进行2^(M-1)次采样，得到2^(M-1)个分数级码片的值，其中M是自然数。

优选地，所述双倍采样的步骤进一步包括：在第一个码片的前2^(M-1)/2个分数级码片中任意选取一个采样点；以第一个采样点的位置为标准，每隔1/2码片采样一次。

优选地，所述信道估计步骤进一步包括：从上述一路数据中分离出训练序列；根据训练序列获得用户的信道冲击响应；对信道冲击响应进行信道后处理。

优选地，所述信号后处理步骤进一步包括：判断信道冲击响应的每个抽头的功率是否不低于设置的阈值；如果是，则保留该抽头所在位置的冲击响应；否则，将该抽头所在位置的冲击响应置为零。

优选地，所述对数据进行多用户的联合检测解调的步骤进一步包括：利用用户各自的扩频扰码和信道冲击响应生成系统传输矩阵；利用系统传输矩阵对用户数据进行联合检测解调。

采用本发明，在不增加计算复杂度而仅仅增加1倍的存储空间的情况下，有效地提高了系统接收信号的增益，尤其在信号同步较差时可获得较大的增益，降低了系统延时，提高了信号处理的实时性，适用于通信环境较恶劣的移动通信系统。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的基于双倍采样的基带处理方法的流程图；

图2是图1所示的实施例中在一个时隙中对每个码片8个分数级码片的双倍采样示意图；

图3是在相邻码片有干扰叠加情况下的双倍采样示意图；

图4是图1所示的实施例中系统传输矩阵的构成示意图。

具体实施方式

相信通过以下结合附图对本发明的优选实施例的详细描述，可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点。

图1是根据本发明的一个实施例的基于双倍采样的基带处理方法的流程图，本实施例是以TD-SCDMA系统为例，并且M＝4。如图1所示，在步骤101，对接收信号进行根升余弦滤波处理。在接收端，接收信号被送入与发送端对应的根升余弦滤波器中进行滤波处理，然后进行解复用，并对每一个码片的波形进行2^(M-1)＝2³＝8次采样(每隔1/8码片)，得到8个分数级码片的值。这些数据构成用于联合检测解调的数据信号。

在步骤105，对上述信号进行采样，在这里，采用双倍采样的处理，双倍采样就是对每个码片采两个样值，即从一个码片的8个样值中抽取2个样值，其采样间隔为1/2码片，这样一个时隙共采样864×2个点。如图2所示，一个时隙有864个码片，第一个码片的第一个采样点可在第一个码片的前4个分数级码片中随机选取，然后以第一个采样点的位置为标准，每隔1/2码片采样一次。然后，在步骤110，对每个码片的两个采样值求平均，即进行等增益合并，将获得的平均值作为该码片的采样值，并将每个码片的采样值合成一路数据。

接收信号经过上述处理后，可以增大信号幅度，抑制噪声，提高接收的信噪比，数字接收机在采样后的信噪比增益大于1，同时码片的采样平均值与其真值的相位差不大，不会对解调时的判决带来很大影响。

下面以单用户单径为例分析经过双倍采样后的信号的特性。如图3所示，相邻的码片有干扰重叠的情况，其中s_n是用户发送的第n个符号，s_n-1是第n-1个符号，s_n+1是第n+1个符号，s_n ⁽¹⁾和s_n ⁽²⁾分别表示s_n上的2个采样点值，用s′_n表示收到的符号。

$s_n^{\left(1\right)}=a_1{s}_n+(1-a_1)s_{n-1}$ 1＞a₁＞1/2

$s_n^{\left(2\right)}=a_2{s}_n+(1-a_2)s_{n+1}$ 1＞a₂＞1/2

其中，a₁表示第一个采样点中s_n的幅度，a₂表示第二个采样点中s_n的幅度。由于受到前、后符号的影响，s′_n可写成

$s_n^{\′}=s_n^{\left(1\right)}+s_n^{\left(2\right)}$

$=a_1{s}_n+(1-a_1)s_{n-1}+a_2{s}_n+(1-a_2)s_{n+1}$

$=(a_1+a_2)s_n+(1-a_1)s_{n-1}+(1-a_2)s_{n+1}.$

根据升余弦滤波器的特性，有a₁+a₂≥1.5。由于1＞a₁，a₂＞0.5，因此有0＜1-a₁，1-a₂＜0.5，1.5＜1+a₁，1+a₂＜2，0＜2-a₁-a₂＜0.5，2a₁+a₂-1＞1，a₁+2a₂-1＞1成立。s_n-1，s_n，s_n+1每个符号都有+1、-1、+j、-j四种取值，共有64种状态，那么收到的符号s′_n有与之对应的64个取值。在这些值中，有是实数和复数，但根据a₁，a₂值的特点，可以看到s′_n/s_n的模值始终大于1，甚至最大的时候可以达到2，而且每次计算出的s′_n值与对应的s_n的相位都保持不变或者改变不大。而s′_n/s_n的模值的平方代表信号功率增益，因此可知数字接收机在采样后的信噪比的增益大于1，同时s′_n与s_n的相位差不大，不会对解调时的判决带来很大影响。

在步骤115，根据采样后的数据对各个用户进行信道估计。从上面所述的一路数据中分离出训练序列，训练序列可表示为

e＝Gh+n    (1)

其中，G矩阵是由基本Midamble码构成的循环右移矩阵，h是用户的信道冲击响应，n是高斯白噪声。

那么，信道冲击响应h的最大似然估计

为

$\hat{h}={\left(G^{*T}G\right)}^{-1}{G}^{*T}e---\left(2\right)$

由于G矩阵是循环右移矩阵，有

$\hat{h}=G^{-1}e---\left(3\right)$

因此，上述信道估计还可以用FFT/IFFT快速方法实现，从而显著的提高运算速度，如下式：

$\hat{h}=\mathrm{ifft}(\mathrm{fft}\left(e\right)/\mathrm{fft}\left(m\right))---\left(4\right)$

然后，在步骤120，对估计出来的信道冲击响应

进行信道后处理。预先设置噪声阈值，然后对信道冲击响应

的每个抽头的功率进行判断，如果大于等于噪声阈值T，则保留该抽头所在位置的冲击响应；否则，将该抽头所在位置的冲击响应置为零。这样得到的信道冲击响应可称为后处理信道冲击响应。

在步骤125，对数据进行多用户的联合检测解调，完成数据分离。首先，利用用户各自的扩频扰码和后处理信道冲击响应

生成系统传输矩阵A。用户数据经过扩频加扰和空中信道到达接收端时，接收信号e可以表示为：

e＝Ad+n    (5)

其中，d是所有用户发送的符号组成的列向量，A是利用户各自的扩频扰码和后处理信道冲击响应

生成的系统传输矩阵。系统传输矩阵A的构成如图4所示，其中Ns是用户发送的符号个数，K是用户的数量，Q是扩频因子，W是用户的信道冲击响应的窗宽。系统传输矩阵A^ka是由块V构成的对角阵(其中Ka表示天线个数)，块V^ka可以表示为

$V^{\mathrm{ka}}=\left[\begin{array}{cccc}{b}_1^{\mathrm{ka}}& b_2^{\mathrm{ka}}& \·\·\·& b_K^{\mathrm{ka}}\end{array}\right]---\left(6\right)$

其中，b_k ^ka是第k个用户的扩频扰码复合序列与第k个用户的后处理信道冲击响应的卷积，维数是N(Q+W-1)×1，可表示为矩阵形式

$b_k^{\mathrm{ka}}=c_k\⊗h_k^{\mathrm{ka}}$

其中，c_k是第k个用户的扩频扰码复合序列组成的矩阵，h_k ^ka是第k个用户后处理的信道冲激响应。

然后，利用系统传输矩阵A对用户数据进行联合检测解调，得到用户的解调数据为 $\hat{d}={(A^H\·A)}^{-1}{A}^{H}e.$ 数据解调可以使用白化匹配滤波器算法(WMF)、迫零线性块均衡器算法(ZF)、最小均方差算法(MMSE)等多种联合检测算法中的任意一种。这里以最小均方差算法为例，解出d为 $\hat{d}={(A^H{R_n}^{-1}A+{R_d}^{-1})}^{-1}{A}^H{R_n}^{-1}e---\left(7\right)$

从而，得到了各个用户的解调数据，在公式(7)中，Rn表示噪声相关矩阵，Rd表示信号相关矩阵。

工业应用性

本发明可以应用于移动通信系统的基站子系统，尤其如TD-SCDMA系统的基站子系统中。

Claims (5)

1.一种基于双倍采样的基带处理方法，包括：对接收信号进行根升余弦滤波处理；对上述信号进行采样；根据采样后的数据对各个用户进行信道估计；对数据进行多用户的联合检测解调；

其特征在于，所述对上述信号进行采样步骤，包括：对上述信号进行双倍采样，所述采样的间隔为1/2码片；每个码片选取两个采样值的平均值作为该码片的采样值；将每个码片的采样值合成一路数据；

其中所述根升余弦滤波处理进一步包括：对接收信号进行滤波和解复用，对每一个码片进行2^(M-1)次采样，得到2^(M-1)个分数级码片的值，其中M是不包括1的自然数。

2.根据权利要求1所述的基带处理方法，其特征在于，所述双倍采样的步骤进一步包括：在第一个码片的前2^(M-1)/2个分数级码片中任意选取一个采样点作为第一个采样点；以第一个采样点的位置为标准，每隔1/2码片采样一次。

3.根据权利要求1所述的基带处理方法，其特征在于，所述信道估计步骤进一步包括：从上述一路数据中分离出训练序列；根据训练序列获得用户的信道冲击响应；对信道冲击响应进行信道后处理。

4.根据权利要求3所述的基带处理方法，其特征在于，所述信道后处理步骤进一步包括：判断信道冲击响应的每个抽头的功率是否不低于设置的阈值；如果是，则保留该抽头所在位置的冲击响应；否则，将该抽头所在位置的冲击响应置为零。

5.根据权利要求1所述的基带处理方法，其特征在于，所述对数据进行多用户的联合检测解调的步骤进一步包括：利用用户各自的扩频扰码和信道冲击响应生成系统传输矩阵；利用系统传输矩阵对用户数据进行联合检测解调。

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