CN101159468B - 一种基于联合检测的分集接收装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于联合检测的分集接收装置及方法。所述装置包括：第一天线、第一射频及基带前端，第一射频及基带前端对第一天线接收的第一射频信号进行处理后输出第一数据、第一自动增益到分集接收机；第二天线、第二射频及基带前端，第二射频及基带前端对第二天线接收的第二射频信号进行处理后输出第二数据、第二自动增益到分集接收机；分集接收机，用于对所述第一数据和第二数据进行联合检测和分集接收，输出分集接收结果到解码器；解码器，用于对所述分集接收结果进行解码，输出用户信息比特。本发明结合联合检测和分集接收两种信号处理技术，极大的提高了衰落信道下的数据业务性能；依托具体联合检测接收机来进行分集接收，实现简单。

Description

一种基于联合检测的分集接收装置及方法

技术领域

本发明涉及第三代移动通信技术，特别是时分同步码分多址(TD-SCDMA)中的基于联合检测的分集接收装置及方法。

背景技术

随着未来多媒体业务对高速数据传输日益增长的需求，无线数据业务将急剧增加，这就要求第三代移动通信系统必须具有适合传输数据业务的一些特点，如高数据量、高突发性、高可靠性等。对于第三代移动通信标准之一的TD-SCDMA系统，可以针对不同通信需求的各类用户，既提供高质量的低速语音业务，还提供高质量的高速数据传输业务，例如高速下行分组接入(HSDPA)。

为了支持人们对HSDPA移动性的需求，需要先进的信号解调方法抵抗来自各种空间信号的衰落。通常来讲，在TD-SCDMA系统中，联合检测能够在既定信号背景下同时消除符号间干扰(ISI)和多址干扰(MAI)，给出优良的解调结果。但现有的TD-SCDMA终端采用的是单天线的接收技术，而一个被深衰落的信号单天线联合检测无能为力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于联合检测的分集接收装置及方法，以抵抗实际环境中的信号衰落。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种基于联合检测的分集接收装置，包括：

第一天线、第一射频及基带前端，第一射频及基带前端对第一天线接收的第一射频信号进行处理后输出第一数据、第一自动增益到分集接收机；

第二天线、第二射频及基带前端，第二射频及基带前端对第二天线接收的第二射频信号进行处理后输出第二数据、第二自动增益到分集接收机；

分集接收机，用于对所述第一数据和第二数据进行联合检测和分集接收，输出分集接收结果到解码器；

解码器，用于对所述分集接收结果进行解码，输出用户信息比特。

较佳地，所述分集接收机采用的分集接收合并为最大比合并或者等增益合并。

较佳地，所述分集接收机采用的分集接收合并为解调前合并或者解调后合并。

较佳地，所述分集接收机在采用解调前合并中，在数据进入接收机前进行增益调整。

较佳地，所述分集接收机在采用解调前合并中，在数据进入接收机后、联合检测前进行增益调整。

较佳地，所述分集接收机中采用的联合检测为基于线性块均衡的联合检测。

一种基于联合检测的分集接收方法，包括步骤：

对第一天线接收的第一射频信号进行处理后输出第一数据、第一自动增益；

对第二天线接收的第二射频信号进行处理后输出第二数据、第二自动增益；

对所述第一数据和第二数据进行联合检测和分集接收，输出分集接收结果；

对所述分集接收结果进行解码，输出用户信息比特。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

结合联合检测和分集接收两种信号处理技术，极大的提高了衰落信道下的数据业务性能；依托具体联合检测接收机来进行分集接收，实现简单；在不提高基站发射带宽和发射功率的前提下，能够满足终端移动性的需求。

附图说明

图1为TD-SCDMA移动终端双天线分集接收示意图；

图2为TD-SCDMA移动终端单天线联合检测接收机结构；

图3为TD-SCDMA中TDD-LCR时隙突发结构图；

图4为TD-SCDMA移动终端双天线联合检测后分集接收机结构；

图5为TD-SCDMA移动终端双天线联合检测前分集接收机结构(实现方式1)；

图6为TD-SCDMA移动终端双天线联合检测前分集接收机结构(实现方式2)。

具体实施方式

下面以TD-SCDMA中时分双工低码片速率(TDD-LCR)为例说明本发明的具体实现方法。本领域技术人员容易理解的是，本发明也可适用于其它通信系统中的移动终端；以下具体实施例中虽然以双天线为例进行说明，但本发明的基本原理同样也可适用于多(两根以上)天线的情形。

图1示意了TD-SCDMA移动终端使用双天线的空间分集接收。无线信号由空间独立进入两接收天线，然后分别经过两个独立的射频和基带通道，输出两个独立的自动增益值g_AGC1和g_AGC2到联合检测分集接收机，经过基带通道后得到的数字信号“数据1”和“数据2”也分别进入联合检测分集接收机。联合检测分集接收机对“数据1”和“数据2”进行联合检测和分集接收，将分集接收合并的解调结果送入解码器，由解码器解码后即可得到用户所需的比特信息。联合检测分集接收机为本发明的关键之处，其中的联合检测可以是线性块均衡，或者是其它方式的数据联合检测。

双天线分集接收的联合检测和单天线的联合检测类似，为便于更好的理解本发明，以下简单介绍一下单天线的联合检测。

图2示意了TD-SCDMA移动终端中单天线的联合检测的过程。图3示意了TD-SCDMA中TDD-LCR时隙突发结构，在864码片中，前段数据为352码片，中间数据为144码片训练序列，后段数据为352码片，最后16码片为保护时隙GP。在数据解调时，抽取训练序列144码片中后128码片送入信道估计器CHE做信道估计；其余部分为业务数据，送入干扰消除器MIC。

接收的单路信号接收数据送入信道估计器CHE进行信道冲击响应估计；信道后处理器PP对信道冲击响应进行去噪处理，去噪后的信道冲击响应分别输入给干扰消除器MIC和系统矩阵生成器SMG，并输出噪声功率

到系统相关矩阵生成器RMG；干扰消除器MIC根据信道冲击响应，消除输入数据中的干扰，并将消除干扰后的数据送入匹配滤波器MF；系统矩阵生成器SMG根据信道冲击响应计算系统矩阵A，并输出到匹配滤波器MF和系统相关矩阵生成器RMG；匹配滤波器MF根据消除干扰后的数据和系统矩阵A完成匹配滤波；系统相关矩阵生成器RMG计算 $R=A^{H}A+{\widehat{\mathrm{\σ}}}_n^{2}I,$ 并输出R到矩阵分解模块CYD；矩阵分解模块CYD分解R＝LL^H，输出L到方程求解模块EQ；方程求解模块EQ根据L对匹配滤波器MF的输出数据进行解调，最后输出即为联合检测结果。

从上述过程可以看出，狭义上，联合检测的过程仅指CYD和EQ。

设经过单天线接收信号为

e＝Ad+n

其中，A为系统矩阵，d为发射符号，n为加性高斯白噪声，其协方差矩阵为σ_n ²I，则基于均方最小误差准则下的单天线联合检测估计为

${\hat{d}}_{\mathrm{MSE}}={(A^{H}A+{\widehat{\mathrm{\σ}}}_n^2\·I)}^{-1}{A}^{H}e$

其中系统矩阵A中包含ISI和MAI。从上式可以看出，一个被深衰落的信号单天线联合检测无能为力，必须从改善接收信号的质量出发。为了改变接收信号包络的概率分布，减少深衰的机率，本发明因此采用具有独立接收的双天线接收。

设双天线接收信号分别为

e₁＝A₁d+n₁

e₂＝A₂d+n₂

相对于每个天线的独立处理为

${\hat{d}}_{\mathrm{MSE}1}={(A_1^H{A}_1+{\widehat{\mathrm{\σ}}}_{n1}^2\·I)}^{-1}{A}_1^H{e}_1$

${\hat{d}}_{\mathrm{MSE}2}={(A_2^H{A}_2+{\widehat{\mathrm{\σ}}}_{n2}^2\·I)}^{-1}{A}_2^H{e}_2$

对联合检测器的输出数据

和

进行合并，可以采用最大比准则合并，也可以采用等增益合并。一般来说，最大比合并为最佳合并，实现比较复杂，在多天线分解接收时性能比等增益合并提高1分贝左右；等增益合并实现简单，在实际应用中采用较多。

其中，合并的时机有两种，即联合检测后合并和联合检测前合并。如果在两天线联合检测后再进行数据合并，需要做两次矩阵逆运算，而在联合检测中矩阵逆运算的运算量较大，所以从简化联合检测接收机分集接收出发，一般采用联合检测前合并，其处理过程很简单，只需要一次矩阵逆运算。

下面分别对联合检测后合并和联合检测前合并进行详细描述。

(一)联合检测后合并

如图4所示。在合并之前，各天线均为单路处理，数据1经过单天线联合检测得到

数据2经过单天线联合检测得到每路的联合检测过程与单天线联合检测相同，这里不做赘述。

由加法器Add将两路联合检测结果加权求和：

${\hat{d}}_{\mathrm{MSE}}={\mathrm{\α}}_1\·{\hat{d}}_{\mathrm{MSE}1}+{\mathrm{\α}}_2\·{\hat{d}}_{\mathrm{MSE}2}$

其中，由增益控制模块Gain CTRL根据两路自动增益控制值进行合并增益计算，当α₁＝α₂时为等增益合并，当α₁＝g_AGC2/(g_AGC1+g_AGC2)，α₂＝g_AGC1/(g_AGC1+g_AGC2)时为最大比合并。

(二)联合检测前合并，实现方式1

如图5所示。在两路数据进入接收机前进行增益调整，由增益控制模块Gain CTRL计算调整增益G1和G2分别为

$G1=\sqrt{g_{\mathrm{AGC}2}/(g_{\mathrm{AGC}1}+g_{\mathrm{AGC}2})}$

$G2=\sqrt{g_{\mathrm{AGC}1}/(g_{\mathrm{AGC}1}+g_{\mathrm{AGC}2})}$

接收的单路信号接收数据1(已根据G1进行过增益调整)送入信道估计器CHE1进行信道冲击响应估计；信道后处理器PP1对信道冲击响应进行去噪处理，去噪后的信道冲击响应分别输入给干扰消除器MIC1和系统矩阵生成器SMG1，并输出噪声功率

到系统相关矩阵生成器RMG1；干扰消除器MIC1根据信道冲击响应，消除输入数据中的干扰，并将消除干扰后的数据送入匹配滤波器MF1；系统矩阵生成器SMG1根据信道冲击响应计算系统矩阵A₁，并输出到匹配滤波器MF1和系统相关矩阵生成器RMG1；匹配滤波器MF1根据消除干扰后的数据和系统矩阵A₁完成匹配滤波；系统相关矩阵生成器RMG1计算 $R_1=A_1^H{A}_1+{\widehat{\mathrm{\σ}}}_{n1}^{2}I,$ 并输出R₁到加法器Add1。

同理，接收的单路信号接收数据2(已根据G2进行过增益调整)送入信道估计器CHE2进行信道冲击响应估计；信道后处理器PP2对信道冲击响应进行去噪处理，去噪后的信道冲击响应分别输入给干扰消除器MIC2和系统矩阵生成器SMG2，并输出噪声功率

到系统相关矩阵生成器RMG2；干扰消除器MIC2根据信道冲击响应，消除输入数据中的干扰，并将消除干扰后的数据送入匹配滤波器MF2；系统矩阵生成器SMG2根据信道冲击响应计算系统矩阵A₂，并输出到匹配滤波器MF2和系统相关矩阵生成器RMG2；匹配滤波器MF2根据消除干扰后的数据和系统矩阵A₂完成匹配滤波；系统相关矩阵生成器RMG2计算 $R_2=A_2^H{A}_2+{\widehat{\mathrm{\σ}}}_{n2}^{2}I,$ 并输出R₂到加法器Add1。

加法器Add1将两路系统相关矩阵求和，加法器Add2将匹配滤波结果求和，即R＝R₁+R₂， $e_{\mathrm{mf}}=e_{\mathrm{mf}1}+e_{\mathrm{mf}2}=A_1^H{e}_1+A_2^H{e}_2.$

矩阵分解模块CYD分解(R₁+R₂)＝LL^H，输出L到方程求解模块EQ；方程求解模块EQ根据L对加法器Add2的输出数据e_mf进行解调，最后输出即为联合检测分集接收的结果，其采用的合并准则为最大比合并。

当然，在本实施例中，也可以采用等增益合并，即直接取G1＝G2。

(三)联合检测前合并，实现方式2

如图6所示。在两路数据进入接收机后、联合检测之前进行增益调整，这样做的优势在于可以保证每路在运算过程中都有充裕的字长精度。

接收的单路信号接收数据1送入信道估计器CHE1进行信道冲击响应估计；信道后处理器PP1对信道冲击响应进行去噪处理，去噪后的信道冲击响应分别输入给干扰消除器MIC1和系统矩阵生成器SMG1，并输出噪声功率

到系统相关矩阵生成器RMG1；干扰消除器MIC1根据信道冲击响应，消除输入数据中的干扰，并将消除干扰后的数据送入匹配滤波器MF1；系统矩阵生成器SMG1根据信道冲击响应计算系统矩阵A₁，并输出到匹配滤波器MF1和系统相关矩阵生成器RMG1；匹配滤波器MF1根据消除干扰后的数据和系统矩阵A₁完成匹配滤波；系统相关矩阵生成器RMG1计算 $R_1=A_1^H{A}_1+{\widehat{\mathrm{\σ}}}_{n1}^{2}I.$

同理，接收的单路信号接收数据2送入信道估计器CHE2进行信道冲击响应估计；信道后处理器PP2对信道冲击响应进行去噪处理，去噪后的信道冲击响应分别输入给干扰消除器MIC2和系统矩阵生成器SMG2，并输出噪声功率

到系统相关矩阵生成器RMG2；干扰消除器MIC2根据信道冲击响应，消除输入数据中的干扰，并将消除干扰后的数据送入匹配滤波器MF2；系统矩阵生成器SMG2根据信道冲击响应计算系统矩阵A₂，并输出到匹配滤波器MF2和系统相关矩阵生成器RMG2；匹配滤波器MF2根据消除干扰后的数据和系统矩阵A₂完成匹配滤波；系统相关矩阵生成器RMG2计算

$R_2=A_2^H{A}_2+{\widehat{\mathrm{\σ}}}_{n2}^{2}I.$

这里，由增益控制模块Gain CTRL计算调整增益G1和G2分别为

G1＝g_AGC2/(g_AGC1+g_AGC2)

G2＝g_AGC1/(g_AGC1+g_AGC2)

加法器Add1将两路系统相关矩阵加权求和，加法器Add2将匹配滤波结果加权求和，即

R＝G1·R₁+G2·R₂， $e_{\mathrm{mf}}=G1\·e_{\mathrm{mf}1}+G2\·e_{\mathrm{mf}2}=G1\·A_1^H{e}_1+G2\·A_2^H{e}_2$

矩阵分解模块CYD分解(R₁+R₂)＝LL^H，输出L到方程求解模块EQ；方程求解模块EQ根据L对加法器Add2的输出数据e_mf进行解调，最后输出即为联合检测分集接收的结果，其采用的合并准则为最大比合并。

当然，在本实施例中，也可以采用等增益合并，即直接取G1＝G2。

以上以具体的实施例说明了本发明，但是这些实施例是示例性的，本发明不限于具体的实施例。本领域的普通技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行修改、变化或替代。

Claims (12)

1.一种基于联合检测的分集接收装置，其特征在于，包括：

第一天线、第一射频及基带前端，第一射频及基带前端对第一天线接收的第一射频信号进行处理后输出第一数据、第一自动增益到分集接收机；

第二天线、第二射频及基带前端，第二射频及基带前端对第二天线接收的第二射频信号进行处理后输出第二数据、第二自动增益到分集接收机；

分集接收机，用于对所述第一数据和第二数据进行联合检测和分集接收，输出分集接收结果到解码器；

解码器，用于对所述分集接收结果进行解码，输出用户信息比特。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述分集接收中采用最大比合并或者等增益合并。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：

所述分集接收中采用解调前合并或者解调后合并。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：

所述分集接收机在采用解调前合并中，在数据进入接收机前进行增益调整。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于：

所述分集接收机在采用解调前合并中，在数据进入接收机后、联合检测前进行增益调整。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述分集接收机中采用的联合检测为基于线性块均衡的联合检测。

7.一种基于联合检测的分集接收方法，其特征在于，包括步骤：

对第一天线接收的第一射频信号进行处理后输出第一数据、第一自动增益；

对第二天线接收的第二射频信号进行处理后输出第二数据、第二自动增益；

对所述第一数据和第二数据进行联合检测和分集接收，输出分集接收结果；

对所述分集接收结果进行解码，输出用户信息比特。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述分集接收中采用最大比合并或者等增益合并。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于：

所述分集接收中采用解调前合并或者解调后合并。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：

在采用所述解调前合并中，在数据进入接收机前进行增益调整。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于：

在采用所述解调前合并中，在数据进入接收机后、联合检测前进行增益调整。

12.如权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述联合检测为基于线性块均衡的联合检测。

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