CN101133581B - 一种cdma系统中多扰码配置及其相关的解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种CDMA系统中多扰码配置及其相关的解调方法，在多天线系统中，通过配置多扰码来提高系统容量，其包括：每小区配置多个扰码，每个扰码下配扩频码生成方法和数量与常规方法一致；用户训练序列的生成方法与目前TD协议规定的一致，其不同的是在可能导致多扰码时，每个用户的信道冲击响应窗宽变短。本发明方法由于充分利用了任何多天线系统，特别是TD-SCDMA系统中多天线带来的空分(SDMA)特性，采用了一种具体的无线资源配置方法及对应的解调技术，对扰码资源进行了重新分配，在一个小区中使用了多个扰码，极大地提高了系统的用户容量，提高了频带利用率，节省了频率资源。

Description

一种CDMA系统中多扰码配置及其相关的解调方法

技术领域

本发明涉及在CDMA系统中一个小区配置多个扰码来提高系统容量的方法，尤其适用于移动通讯领域的TD-SCDMA系统中多扰码配置的方法。

本发明方法还可以用于移动通信领域中所有CDMA系统，特别适合于TDD-CDMA系统和所有SCDMA系统。

背景技术

在现有所有移动通信系统中，通常是利用无线资源的频分(FDMA)、时分(TDMA)或码分(CDMA)特性的一种或几种组合来构成多址系统，为大量的移动用户提供服务。而对于以CDMA为主要特性的3G移动系统而言，通常通过为每个小区配置一个扰码(相临小区扰码不同)来达到同频组网覆盖。在网络中，不同用户所占有的无线资源是不相同的，这样就极大地限制了系统频带利用率，限制了单位频带内用户容量。但同时也可以看到，任何能引进无线资源独立特性的做法都将带来频带利用率的显著提高，如TD-SCDMA由于采FDMA/TDMA/CDMA方式分配资源，其频带利用率要远高于其它系统。

在TD-SCDMA系统中，传输信道上的数据经过物理信道映射之后，信道上的数据将进行扩频和扰码处理。文献TS 25.221 Physical channels and mapping oftransport channels onto physical channels(TDD)，V4.7.0，3GPP中定义了128个扰码，扰码是用来标识数据的小区属性，每个小区只配置一个扰码序列，不同的邻近小区将采用不同的扰码。如此一来，某一时隙，一个小区内容纳的最大用户数是由信道化码的个数决定的。按目前的TD-SCDMA协议配置，一个12.2k语音用户将占用2个SF＝16的码道，这样单小区、一个时隙的用户数最多只有8个。

然而提高系统容量(或系统数据吞吐率)一直以来都是第三代移动通信(3G)的焦点问题之一，在用户数量(或用户业务数据率)不断增长的情况下，频率资源日益紧缺，需要有更先进的技术充分利用频率资源，如何在有限的资源条件下为尽可能多的用户服务是3G的目标。

发明内容

本发明的目的是提出一种CDMA系统中多扰码配置及其相关的解调方法，充分利用任何多天线系统，特别是TD-SCDMA系统中多天线带来的空分(SDMA)特性，在同一个小区同时配置多个扰码及其相应的信道估计与联合检测的方法，在充分考虑多天线的SDMA特性下，提供一种具体的无线资源配置方法及对应的解调技术，充分复用用户信道化码资源，从而成倍增加系统容量，提高频带利用率。

本发明的技术方案如下：

一种CDMA系统中多扰码配置及其相关的解调方法，在多天线系统中，通过配置多扰码来提高系统容量，其包括：

a)、每小区配置多个扰码，每个扰码下配扩频码生成方法和数量与常规方法一致；

b)、用户训练序列的生成方法与目前TD协议规定的一致，其不同的是在可能导致多扰码时，每个用户的信道冲击响应窗宽变短。

所述的方法，其中，还包括：

a1)、所述系统对本小区服务的用户进行分组，其组数等于扰码数，每组用户按常规正交可变扩频因子码的方法分配信道化码；

b1)、根据本小区的下行导频的码组号，选用本码组对应的多个扰码中的N个扰码作为本小区扰码，N大于等于1且小于等于本码组的扰码数；

c1)、对数据做发射端处理，扩频、加扰、调制及升余弦滤波，通过空口发射出去；

d1)、从接收数据中分离出训练序列接收信号，完成对各个用户的信道估计和信道后处理，接收到的训练序列可表示为

e＝Gh+n    (1)

其中，G矩阵是由一个基本Midamble码构成的循环右移矩阵，h是用户的信道冲激响应，n是高斯白噪声。

所述的方法，其中，还包括：采用下面的方法来进行信道估计：使用一个基本Midamble码，共NK个语音用户，K为使用一个扰码的用户数，为计数自然数，每个用户的信道估计窗长W减小为

所述的方法，其中，每小区配置的扰码数N＝2。

所述的方法，其中，所述方法应用于TD-SCDMA系统中，还包括对多个扰码的分配方式步骤：

a11)、共定义128个扰码，并被分为32组，每个码组中都有4个扰码，对选定组内的4个扰码作互相关性；

b11)、优先选取互相关性小的扰码作为本小区使用的扰码，扰码个数N的取值范围是2≤N≤4。

所述的方法，其中，还包括对多个扰码的信道估计步骤：

c11)、生成G矩阵，由一个基本Midamble码构成的循环右移矩阵G，假设一个小区中同时采用N个扰码，则用户数增加为N倍，共NK个语音用户，每个用户的信道估计窗长W减小为

K为使用一个扰码的用户数；

d11)、将接收数据的训练序列提出做信道估计，信道冲激响应的最大似然估计， $\hat{h}=G^{-1}e;$ 设置一个噪声门限T，对估计出来的

进行信道后处理，大于判决门限的保留，小于判决门限的置为零；

e11)、获取每个用户的信道冲激响应，从中以W为长度取出NK个值就构成了各个用户信道估计，每个用户的信道响应窗长为W。

所述的方法，其中，所述方法还包括对多个扰码的联合检测步骤：

对多个扰码的多用户联合检测数据解调，具体为用用户各自的扩频扰码和经过信道后处理的信道冲激响应

生成矩阵A，对用户数据解调：

$\hat{d}={(A^H\·A)}^{-1}{A}^{H}e.$

其中矩阵A是采用了多个扰码的各个用户扩频扰码复合序列与信道冲激响应的卷积向量构成的矩阵，为保证能正常解调，则需要满足：天线数Ka≥N。

本发明所提供的一种CDMA系统中多扰码配置及其相关的解调方法，由于充分利用了任何多天线系统，特别是TD-SCDMA系统中多天线带来的空分(SDMA)特性，采用了一种具体的无线资源配置方法及对应的解调技术，对扰码资源进行了重新分配，在一个小区中使用了多个扰码，与现有一个小区对应一个扰码相比，该方法能够极大地提高了系统的用户容量，提高了频带利用率，节省了频率资源。

附图说明

图1是本发明方法的系统传输矩阵A的结构图，A是由相同的V块构成的；

图2是图1所示块V的结构图，V是由各个用户的复合扩频扰码卷积信道冲激响应得到的b向量构成的，图中的深浅不同的块分别代表不同的扰码使用相同扩频码得到的b向量；

图3(a)、(b)分别为本发明所对应的系统信号发射、信号接收解调的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对技术方案的各较佳实施例作进一步的详细描述：

在TD-SCDMA系统中，共定义了128个扰码，并被分为32组，每个码组中都有4个扰码，但现有技术的协议只支持每小区只能配置一个扰码。

然而，TD-SCDMA系统中，事实上多天线的使用带来的SDMA特性，可以充分加以利用，可以通过配置多扰码的方法来提高系统容量，具体为：每个小区配置多个扰码；每个扰码下配扩频码生成方法和数量与常规方法一致；用户训练序列的生成方法与目前TD协议规定的一致，唯一不同的是可能导致多扰码下，每个用户的信道冲击响应窗宽变短，然而这在城市环境中影响不大。

考虑基站算法的复杂度和城市环境的无线信道特性，并参照TD-SCDMA系统中用户训练序列的生成方法，本发明推荐每小区配置的扰码数N＝2，每个扰码下单时隙最多配置支持8个12.2k的语音用户，这样，每个小区单时隙可以支持16个12.2k的语音用户，每个用户的信道冲击响应窗宽平均为8个码片，然而本发明专利不仅仅局限于N＝2，N等于其它值都在本发明的包含范围内；同时也可采取用户信道冲击窗宽动态分配的方法解决窗宽可能不足的问题，采用此方面的技术内容，也属本专利的保护范围。

为清楚描述本发明专利，详细描述如下：

对本小区服务的用户进行分组，组数等于扰码数，每组用户按常规正交可变扩频因子OVSF码的方法分配信道化码。

根据本小区的下行导频DwPTS的码组号，选用本码组对应的4个扰码中的N个扰码作为本小区扰码，1≤N≤4，一般可选用N＝2或N＝1。

对数据做发射端处理，扩频、加扰(分组加扰)、调制及升余弦滤波，通过空口发射出去，等价于过无线信道。

从接收数据中分离出训练序列接收信号，完成对各个用户的信道估计和信道后处理。接收到的训练序列可表示为

e＝Gh+n    (1)

其中，G矩阵是由一个基本Midamble码构成的循环右移矩阵，h是用户的信道冲激响应，n是高斯白噪声。

假设一个小区中同时采用N个扰码，则用户数增加为N倍。为此，本发明可以采用下面的方法来进行信道估计：使用一个基本Midamble码，共NK个语音用户，K为使用一个扰码的用户数，每个用户的信道估计窗长W减小为

用式(2)完成信道冲激响应h的最大似然估计

即

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

由于G矩阵是循环右移矩阵，有

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

用户数据通过扩频加扰、无线信道后，到达接收机，接收信号e可以表示为：

e＝Ad+n    (4)

d是所有用户的符号组成的列向量，用户各自的扩频扰码和后处理的信道冲激响应

生成系统传输矩阵A，

$A={\left[\begin{array}{cccc}{A}^{k_1}& A^{k_2}& L& A^{\mathrm{Ka}}\end{array}\right]}^{\′},$ Ka是天线个数，Ka≥N    (5)

对用户数据解调，

$\hat{d}={(A^H\·A)}^{-1}{A}^{H}e---\left(6\right)$

A^ka是块对角阵，块V^ka可以表示为

$V^{\mathrm{ka}}=\left[\begin{array}{cccccccccccc}{b}_{\mathrm{1,1}}^{\mathrm{ka}}& b_{\mathrm{2,1}}^{\mathrm{ka}}& L& b_{K,1}^{\mathrm{ka}}& b_{\mathrm{1,2}}^{\mathrm{ka}}& b_{\mathrm{2,2}}^{\mathrm{ka}}& L& b_{K,2}^{\mathrm{ka}}& b_{1,n}^{\mathrm{ka}}& b_{2,n}^{\mathrm{ka}}& L& b_{K,n}^{\mathrm{ka}}\end{array}\right]---\left(7\right)$

其中，b_k，1 ^ka是使用第1个扰码的第k个用户的扩频扰码复合序列与其对应的用户的信道冲激响应h_k，1 ^ka的卷积；b_k，2 ^ka是使用第2个扰码的第k个用户的扩频扰码复合序列与与其对应用户的信道冲激响应h_k，2 ^ka的卷积，即k为计数自然数，类似的可表示为矩阵形式

$b_{k,1}^{\mathrm{ka}}=c_{k,1}\⊗h_{k,1}^{\mathrm{ka}},b_{k,2}^{\mathrm{ka}}=c_{k,2}\⊗h_{k,2}^{\mathrm{ka}},\·\·\·\·\·\·,b_{k,N}^{\mathrm{ka}}=c_{k,N}\⊗h_{k,N}^{\mathrm{ka}}---\left(8\right)$

c_k，1是使用第1个扰码第k个用户的扩频扰码复合序列组成的矩阵，c_k，N是使用第N个扰码第k个用户的扩频扰码复合序列组成的矩阵，h_k，N ^ka是使用第N个扰码的第k个用户的信道冲激响应。

本发明方法是在一个小区使用多个扰码的方案，以及一种在这种情况下的信道估计与联合检测的方法，如图3(a)、(b)所示的，它包括下列步骤：

多个扰码的分配方式方法：

第一步：在TD-SCDMA系统中，共定义了128个扰码，并被分为32组，每个码组中都有4个扰码，对选定组内的4个扰码作互相关性。

第二步：优先选取互相关性小的扰码作为本小区使用的扰码，扰码个数N的取值范围是2≤N≤4。

多个扰码的信道估计方法：

第一步：生成G矩阵。

由一个基本Midamble码构成的循环右移矩阵G，假设一个小区中同时采用N个扰码，则用户数增加为N倍，共NK个语音用户，每个用户的信道估计窗长W减小为

K为使用一个扰码的用户数。

第二步：将接收数据的训练序列提出做信道估计。

1信道冲激响应的最大似然估计， $\hat{h}=G^{-1}e;$

2一个噪声门限T，对估计出来的进行信道后处理，大于判决门限的保留，小于判决门限的置为零。

第三步：获取每个用户的信道冲激响应。

从

中以W为长度取出NK个值就构成了各个用户信道估计，此时每个用户的信道响应窗长为W。

多个扰码的联合检测方法：

对多个扰码的多用户联合检测数据解调，具体为用用户各自的扩频扰码和经过信道后处理的信道冲激响应

生成矩阵A，对用户数据解调：

$\hat{d}={(A^H\·A)}^{-1}{A}^{H}e.$

其中矩阵A是采用了多个扰码的各个用户扩频扰码复合序列与信道冲激响应的卷积向量构成的矩阵，为保证能正常解调，则需要满足：天线数Ka≥N。

以下以本发明方法的一个小区使用2个扰码为例进行进一步的说明，为了便于描述，假设所有用户的扩频因子SF都相等。

首先，对数据做发射端处理，扩频、加扰、调制及升余弦滤波，通过天线发射。

将接收数据的训练序列提出做信道估计，对数据部分进行多用户的联合检测解调，完成数据分离。

从接收数据中分离出训练序列接收信号，完成对各个用户的信道估计和信道后处理。接收到的训练序列可表示为

e＝Gh+n (1)

其中，G矩阵是由一个基本Midamble码构成的循环右移矩阵，h是用户的信道冲激响应，n是高斯白噪声。

用式(1)完成信道冲激响应h的最大似然估计

即

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

由于G矩阵是循环右移矩阵，有

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

因此上述信道估计可以采用FFT/IFFT快速方法实现，从而显著的提高了运算速度，如下式：

$\hat{h}=\mathrm{ifft}(\mathrm{fft}\left(e\right)/\mathrm{fft}\left(m\right))---\left(12\right)$

对信道冲击响应

的每个抽头的功率进行判断，如果大于等于设置的门限值，则保留该抽头的位置；否则，去掉该抽头的响应。

用户数据通过扩频加扰、空中信道，到达接收机，接收信号e可以表示为：

$\left[\begin{array}{c}{e}^1\\ e^2\\ M\\ e^{K_a}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{A}^1\\ A^2\\ M\\ A^{K_a}\end{array}\right]d+\left[\begin{array}{c}{n}^1\\ n^2\\ M\\ n^{K_a}\end{array}\right]---\left(13\right)$

d是所有用户的符号组成的列向量，用户各自的扩频扰码和后处理的信道冲激响应

生成系统传输矩阵A，A矩阵的构成如图1所示，其中Ns是用户符号的个数的长度，K是使用一个扰码的用户数，Q是扩频因子，如下式所示：

对用户数据解调， $\hat{d}={(A^H\·A)}^{-1}{A}^{H}e.$

$A={\left[\begin{array}{cccc}{A}^{k_1}& A^{k_2}& L& A^{\mathrm{Ka}}\end{array}\right]}^{\′},$ Ka是天线个数，Ka≥N    (14)

A^ka是块对角阵，块V^ka可以表示为

$V^{\mathrm{ka}}=\left[\begin{array}{cccccccccccc}{b}_{\mathrm{1,1}}^{\mathrm{ka}}& b_{\mathrm{2,1}}^{\mathrm{ka}}& L& b_{K,1}^{\mathrm{ka}}& b_{\mathrm{1,2}}^{\mathrm{ka}}& b_{\mathrm{2,2}}^{\mathrm{ka}}& L& b_{K,2}^{\mathrm{ka}}& b_{1,n}^{\mathrm{ka}}& b_{2,N}^{\mathrm{ka}}& L& b_{K,N}^{\mathrm{ka}}\end{array}\right]---\left(15\right)$

用矩阵A对用户数据解调，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。这里以最小均方差算法为例进行数据估计，有

$\hat{d}={(A^H{R_n}^{-1}A+{R_d}^{-1})}^{-1}{A}^H{R_n}^{-1}e---\left(16\right)$

从而得到各个用户的解调数据。

与现有技术相比，本发明方法所公开的在一个小区同时使用多个扰码及其相应的信道估计与联合检测来增加系统容量的方案，极大地提高了TD-SCDMA系统的用户容量，提高了频带利用率，或等效提高单小区的数据吞吐率。

本发明适用于所有应用于所有CDMA系统，特别是TDD-CDMA系统和所SCDMA系统，对其它系统的改进也都可参照本发明方法的上述构思进行。任何具有信号处理，通信等知识背景的工程师，都可以根据本发明设计相应的信道估计和联合检测装置，其均应包含在本发明的思想和范围内，因而属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种TD-SCDMA系统中多扰码配置及其相关的解调方法，在多天线系统中，通过配置多扰码来提高系统容量，其包括：

a)、每小区配置多个扰码，每个扰码下配扩频码生成方法和数量与常规方法一致，具体为：所述系统对本小区服务的用户进行分组，其组数等于扰码数，每组用户按常规正交可变扩频因子码的方法分配信道化码；根据本小区的下行导频的码组号，选用本码组对应的多个扰码中的N个扰码作为本小区扰码，N大于等于1且小于等于本码组的扰码数；

b)、对数据做发射端处理，扩频、加扰、调制及升余弦滤波，通过空口发射出去；用户训练序列的生成方法与目前TD-SCDMA协议规定的一致，其不同的是在可能导致多扰码时，每个用户的信道冲激响应窗宽变短为

具体为：从接收数据中分离出训练序列接收信号，完成对各个用户的信道估计和信道后处理，接收到的训练序列可表示为

e＝Gh+n                                           (1)

其中，G矩阵是由一个基本Midamble码构成的循环右移矩阵，h是用户的信道冲激响应，n是高斯白噪声；一个小区中同时采用N个扰码时，共NK个语音用户，每个用户的信道估计窗长W减小为

K为使用一个扰码的用户数，为计数自然数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中每小区配置的扰码数N＝2。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法应用于TD-SCDMA系统中，步骤a)中配置多个扰码的分配方式包括：

a11)、共定义128个扰码，并被分为32组，每个码组中都有4个扰码，对选定组内的4个扰码作互相关性；

b11)、优先选取互相关性小的扰码作为本小区使用的扰码，扰码个数N的取值范围是2≤N≤4。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对多个扰码的信道估计步骤：

c11)、生成G矩阵，由一个基本Midamble码构成的循环右移矩阵G，假设一个小区中同时采用N个扰码，则用户数增加为N倍，共NK个语音用户，每个用产的信道估计窗长W减小为

K为使用一个扰码的用户数；

d11)、将接收数据的训练序列提出做信道估计，信道冲激响应的最大似然估计，

设置一个噪声门限T，对估计出来的

进行信道后处理，大于判决门限的保留，小于判决门限的置为零；

e11)、获取每个用户的信道冲激响应，从

中以W为长度取出NK个值就构成了各个用户信道估计，每个用户的信道响应窗长为W。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对多个扰码的联合检测步骤：

对多个扰码的多用户联合检测数据解调，具体为用用户各自的扩频扰码和经过信道后处理的信道冲激响应生成矩阵A，对用户数据解调：

$\hat{d}={(A^H\·A)}^{-1}{A}^{H}e.$

其中矩阵A是采用了多个扰码的各个用户扩频扰码复合序列与信道冲激响应的卷积向量构成的矩阵，d是所有用户的符号组成的列向量，为保证能正常解调，则需要满足：天线数Ka≥N。

Images