CN101286820B - 高速数据业务接收方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信系统领域中高速数据业务的接收方法及装置,特别涉及时分-同步码分多址无线通信系统中的高速数据业务接收方法及装置,以目标高速数据业务编码复合传输信道各传输信道组件的最小TTI为时间单位,分别接收各下辖子帧各时隙数据,判断当前时隙若能继承历史的系统矩阵相关信息,则沿用历史记录中的系统矩阵进行相应数据的检测,否则按常规方案实施数据检测并更新历史记录。本发明依据数据业务同一传输时间间隔内码道资源分配统一及信道相关时间内信道变化可忽略的特点,利用系统矩阵继承思想沿用历史记录中的系统矩阵,降低数据接收处理复杂度,在不恶化接收性能的前提下实现提升接收机处理效率、节省功耗与降低实现成本的目的。

Description

高速数据业务接收方法及装置
技术领域
本发明涉及通信系统领域中的高速数据业务的接收方法及装置,特别涉及一种时分-同步码分多址无线通信系统中的高速数据业务接收方法及装置。
背景技术
为了适应日益增长的数据业务需求,第三代合作项目(简称为3GPP)第5版(简称为R5)引入了高速下行分组接入(简称为HSDPA)技术,以提高下行方向的数据传输速率。HSDPA技术同时适用于宽带码分多址频分双工(简称为WCDMAFDD)、通用移动通信系统陆地无线接入时分双工(简称为UTRA TDD)与时分-同步码分多址(简称为TD-SCDMA)三种不同模式。另外,在上行方向也采用与HSDPA类似的原理,在3GPP R6中引入高速上行分组接入(简称为HSUPA)技术,以提高上行方向的数据传输速率。
3GPP TS 25.308(R5)中明确指出,TD-SCDMA中HSDPA业务传输时间间隔(简称为TTI)为5ms,即为系统一子帧时间间隔。现阶段,TD系统HSDPA业务的设计单载波峰值传输速率为2.8Mbps,对应物理层类别13,传输块大小为14043bit,所占用单子帧时隙数高达5。
3GPP TS 25.827(R6)中明确指出,TD-SCDMA系统中HSUPA业务TTI为5ms,同样为系统一子帧时间间隔。现阶段,TD系统HSUPA业务设计的单载波峰值传输速率为2.2Mbps,对应物理层类别5,传输块大小为11160bit,所占用单子帧时隙数同样高达5。
如图1中所示的是TD-SCDMA系统的帧结构示意图。在TD-SCDMA系统中的码片速率为1.28Mcps,每个无线子帧长度为5ms,即6400chip。其中,每个子帧又可分为7个常规时隙TS0~TS6,以及两个导频时隙:下行导频时隙(简称为DwPTS)和上行导频时隙(简称为UpPTS),一个主保护间隔(简称为GP)。进一步的,TS0时隙总是分配给下行链路,用于承载系统广播信道及其它可能的下行信道;而TS1~TS6时隙则用于承载上、下行业务信道。UpPTS和DwPTS分别用来建立初始的上、下行同步。其中所述DwPTS的突发结构如图2所示,包含一个64chip的下行同步码(简称为SYNC DL),它的作用是小区标识和初始同步建立。时隙TS0~TS6结构如图3所示,长度为864chip,其中包含两段长为352chip的数据符号,以及中间的一段长为144chip的中间码(简称为midamble)训练序列。该训练序列在TD-SCDMA中有重要意义,作用包括小区标识、信道估计和同步(包括频率同步)等。
显然,在多时隙高速数据业务下,要求接收机在一个子帧时间内完成数据接收处理,现有数据接收处理方式中,接收机占用各时隙对数据业务独立进行数据检测,当业务时隙数过多而超出接收机实时处理能力时,将导致检测数据堆积,无法及时译码,这对接收机的处理能力提出了较高的要求;即使经提高实现成本使得接收机处理能力足以承受所述高速数据业务,接收机将长期处于高负荷运行状态,这又对接收机功耗指标如移动用户设备(简称为UE)的待机时间或基站的额定运行功率提出了较高的需求,由于长时间的高负荷运行,使得接收机功耗极大,导致UE待机时间骤降或基站耗电量激增,而不能满足UE用户或运营商的要求,甚至降低接收机使用寿命。
发明内容
本发明克服了上述缺点,提供一种能够显著提升接收机处理效率与节省功耗的同时保证数据接收的正确性的高速数据业务接收方法及装置。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:一种高速数据业务接收方法,包括:
以目标高速数据业务编码复合传输信道各传输信道组件的最小TTI为时间单位,分别接收各下辖子帧各时隙数据;
判断当前信道估计后处理数组是否为历史信道估计后处理数组的子集,若否,则实施常规的数据检测方案并更新历史记录,若是,则进一步判断历史信道估计后处理数组与当前信道估计后处理数组是否均只包含目标高速数据业务编码复合传输信道对应码道或激活窗位置相同且抽头功率间存在可接受的线性关系,如果是,则对所述时隙数据进行相位修正,然后沿用历史记录中的系统矩阵进行相应数据的检测,否则实施常规的数据检测方案并更新历史记录。
所述对所述时隙数据进行相位修正过程进一步包括:如果当前信道估计后处理数组为历史信道估计后处理数组的子集,则获取用做相位修正的当前时隙与历史时隙相位偏差矢量。
所述获取相位偏差矢量可进一步包括:
当历史信道估计后处理数组和当前信道估计后处理数组均只包括目标高速数据业务编码复合传输信道对应码道时,利用两时隙中间码获取相位偏差矢量;
当历史信道估计后处理数组与当前信道估计后处理数组的激活窗位置相同,且抽头功率间存在可接受的线性关系时,利用两时隙信道估计获取相位偏差矢量。
在沿用历史记录进行数据检测时,若历史记录继承次数达到设定的上限,可将继承次数清零后重新进行数据检测并更新历史记录。
所述相位修正可利用当前信道估计后处理数组进行中间码干扰消除获得时隙数据域,并使用所述相位偏差矢量进行相位修正。
在接收以目标高速数据业务编码复合传输信道各传输信道组件的最小T TI为时间单位各个时隙数据过程中,可以遍历的方式顺序判断各时隙能否继承历史的系统矩阵相关信息。
一种高速数据业务接收装置,包括历史记录存储器、数据检测方案选择器、常规数据检测器、时隙数据相位偏差矢量估计器和系统矩阵继承数据检测器,
所述历史记录存储器用于存储系统矩阵继承数据检测器和数据检测方案选择器所需的历史记录;
所述数据检测方案选择器,用于判断当前信道估计后处理数组是否为历史信道估计后处理数组的子集,如果否,选择常规检测器;如果是,进一步判断历史信道估计后处理数组与当前信道估计后处理数组是否均只包含目标高速数据业务编码复合传输信道对应码道或激活窗位置相同且抽头功率间存在可接受的线性关系,如果是,则选择系统矩阵继承数据检测器,否则选择常规检测器;
所述常规数据检测器,用于使用常规的数据检测方案对当前高速数据业务时隙实施数据检测,并更新所述历史记录存储器内容;
所述时隙数据相位偏差矢量估计器,用于估计当前时隙与历史时隙相位偏差矢量;
所述系统矩阵继承数据检测器,用于对所述时隙数据进行相位修正,然后沿用历史记录中的系统矩阵进行相应数据的检测。
还可包括用于提取当前业务时隙的中间码数组并获得信道估计后处理数组对中间码提取与信道估计后处理获取器,所述时隙数据相位偏差矢量估计器,根据所述中间码提取与信道估计后处理获取器输出的当前中间码数组与当前信道估计后处理数组、及所述历史记录存储器记录的历史中间码数组与历史信道估计后处理数组,估计当前时隙与历史时隙相位偏差矢量。
本发明依据数据业务同一传输时间间隔内码道资源分配统一及信道相关时间内信道变化可忽略的特点,利用系统矩阵继承思想,沿用历史记录中的系统矩阵,显著降低数据接收处理复杂度,在不恶化接收性能的前提下实现显著提升接收机处理效率、节省功耗与降低实现成本的目的。此外,本发明使用合理有效的时隙相位偏差估计步骤获取相位偏差矢量,准确估计时隙相位偏差,使用完备的系统矩阵可继承判决步骤,保证系统矩阵继承的有效性。
附图说明
图1为TD-SCDMA系统的帧结构示意图;
图2为TD-SCDMA系统的帧结构中的下行导频时隙的突发结构示意图;
图3为TD-SCDMA系统的帧结构中的常规时隙结构示意图;
图4为本发明方法的处理流程图;
图5为本发明装置的结构示意图;
图6为AWGN中采用本发明技术方案与现有技术的数据检测性能仿真比较图;
图7为PA3中采用本发明技术方案与现有技术的数据检测性能仿真比较图;
图8为PB3中采用本发明技术方案与现有技术的数据检测性能仿真比较图。
具体实施方式
以下通过本发明的较佳实施例,对本发明的技术方案加以详细论述。
实施例一为一种高速数据业务接收方法,本实施例中涉及业务为标准3GPP TS 25.102中规定的下行384kbps参考测量信道。
由于原始数据是经过信道编码、复用、扩频、调制等标准规定的相关流程由发端送出;因此,在收端接收到数据后,要相应的进行解扩解扰解调处理,通常使用块线性均衡联合检测方案对接收到的数据进行检测,所述检测处理包括如下流程:
以目标速数据业务编码复合传输信道各传输信道组件的最小TTI为单位,顺序接收所属业务时隙数据e;
提取时隙midamble部分Mid,实施信道估计及后处理操作,获得信道估计后处理CIR_PP及噪声功率估值σ2
利用CIR_PP进行midamble干扰消除,获得干扰消除后的时隙数据域emic
根据CIR_PP生成系统矩阵A;
依次实施匹配滤波、相关矩阵计算、cholesky分解、矩阵求逆等步骤,实现 d ^ = ( A H A + σ 2 I ) - 1 · A H · e mic (或 d ^ = ( A H A ) - 1 · A H · e mic );
数据解调、译码处理;
上述检测处理为本领域公知技术,因此具体检测过程这里不再赘述。
本实施例的具体实施过程如图4中所示,
步骤1:由高层指示信息的解析,依次获知目标高速数据业务编码符合传输信道(简称为CCTrCH)中各传输信道(简称为TrCH)组件中的最小TTI(以下简称TTImin)时间内时隙分配数TS_num。
步骤2:初始化历史记录,计数器Count=0。
步骤3:顺序接收该TrCH中相应TTImin的首时隙,Count加1,按常规方式进行数据检测,并利用检测内容更新对应的历史记录,所述历史记录,包括midamble数组Midhis、信道估计后处理数组CIR_PPhis、系统矩阵Ahis;本实施例数据使用最小均方误差块线性均衡方案,因此所述历史记录还包括
Figure GDA0000091551620000071
Figure GDA0000091551620000072
本实施例中,TTImin=20ms,TS_num=4。
步骤4:判断是否已经遍历实现对各个时隙的检测,即判断Count是否等于TS_num,是,则跳转步骤14;否,则继续执行步骤5。
步骤5:顺序接收本TTImin中的下一个时隙,对信道估计结果进行去噪处理,获得其信道估计后处理数组CIR_PPcurrent,Count加1。
步骤6:判断历史记录是否存在,是,执行步骤7,否,转至步骤13。
步骤7:判断当前时隙是否能够继承历史的系统矩阵相关信息,是,则继续执行步骤8;否,则执行步骤13。本步骤中判断当前时隙是否能够继承历史的系统矩阵,进一步包括:
步骤71:利用最大用户数信息指示信道窗数,并按相关规则映射各用户对应的信道窗,即各用户拥有各自的信道窗位置,而本实施例中的所述激活窗位置,是指接收数据中激活的信道窗位置。比较CIR_PPhis与CIR_PPcurrent的激活检测信息,判断CIR_PPcurrent激活窗位置是否不多于CIR_PPhis对应内容,即CIR_PPcurrent的激活窗位置是否为CIR_PPhis激活窗位置的子集,是,则继续执行步骤72;否,则跳转步骤13;
步骤72:判断CIR_PPhis与CIR_PPcurrent是否均只包含目标CCTrCH对应码道,或激活窗位置相同且抽头功率间存在可接受的线性关系。
其中,若CIR_PPhis与CIR_PPcurrent对应码道不仅包括目标CCTrCH对应码道时,如果激活窗位置相同,抽头功率(即抽头复信息模的平方)是否存在可接收的线性关系可以按如下方式判断:
根据CIR_PPhis与CIR_PPcurrent中目标CCTrCH对应信道窗中信号抽头功率获得功率比ratio;功率比ratio定义为CIR_PPcurrent与CIR_PPhis目标信号信道窗中非零重叠抽头的总功率之比,即
ratio = Σ i | CIR _ PP current , i | 2 Σ i | CIR _ PP his , i | 2
其中i对应目标信号信道窗中CIR_PPhis与CIR_PPcurrent均不为0的信道估计抽头编号;
计算目标信号以外的各信道窗功率比ratio_other;功率比ratio_otherk定义为CIR_PPcurrent与CIR_PPhis第k个信道窗中非零重叠抽头的总功率之比,即:
ratio _ other k = Σ i | CIR _ PP current , ( k - 1 ) * W + i | 2 Σ i | CIR _ PP his , ( k - 1 ) * W + i | 2
其中i对应第k个信道窗中CIR_PPhis与CIR_PPcurrent均不为0的信道估计抽头编号,k对应目标信号以外的各信道窗编号,此时若各ratio_other均满足ratio/th<ratio_otherk<ratio*th,则线性关系成立。其中th为预设门限,取值范围1或2或3。
经判断,当CIR_PPhis与CIR_PPcurrent均只包含目标CCTrCH对应码道时,跳转到步骤81;当CIR_PPhis与CIR_PPcurrent对应的重叠激活窗位置,即CIR_PPhis与CIR_PPcurrent激活窗位置的交集中,抽头功率间存在可接受的线性关系时,则跳转步骤82;否则跳转步骤13。
步骤8:当前时隙与历史时隙相位偏差矢量的获取,可以采用以下两种方式:
步骤81:利用两时隙midamble部分获取相位偏差矢量ΔΩ后,跳转到步骤9;
所述相位偏差矢量获取方式为Midhis与Midcurrent延迟为0的归一化相关值,具体由下式获得:
ΔΩ = Σ i Mid his , i · Mid current , i * | Σ i Mid his , i · Mid current , i * |
式中,Midcurrent,i、Midhis,i分别对应当前时隙midamble与历史时隙midamble数据的第i个码片,本实施例中i=1,2,…,144;经步骤7的系统矩阵可继承判决步骤可知,当前与历史时隙信道估计后处理存在可接受线性关系,即midamble部分存在线性关系。因此,通过midamble部分获取的相位偏差矢量真实可靠。
步骤82:利用两时隙信道估计获取相位偏差矢量ΔΩ后,跳转到步骤9;
所述相位偏差矢量获取方式为CIR_PPhis与CIR_PPcurrent非零重叠抽头的延迟为0的归一化相关值,具体由下式获得:
ΔΩ = Σ i CIR _ PP his , i · CIR _ PP current , i * | Σ i CIR _ PP his , i · CIR _ PP current , i * |
式中,CIR_PPcurrent,i、CIR_PPhis,i分别对应当前时隙信道估计与历史时隙信道估计的第i个抽头,其中i对应目标信号信道窗中CIR_PPhis与CIR_PPcurrent均不为0的信道估计抽头编号。经步骤7的系统矩阵可继承判决步骤可知,历史时隙激活码道数多于当前时隙,但重叠激活信道窗存在线性关系,则引入有限风险的情形下仍然可使用系统矩阵继承思想。所述有限风险是指,本发明涉及的高速数据业务通常占据绝大部分的码道资源,上述多余激活码道数量极为有限,对目标业务数据检测影响有限。然而,所述两时隙相位偏差矢量需利用信道估计后处理中的重叠抽头进行获取,不可再使用midamble数据。
步骤9:利用CIR_PPcurrent进行midamble干扰消除获得时隙数据域,并使用相位偏差矢量ΔΩ进行相位修正,具体修正方式如下:
emic_fix,i=emic,i·ΔΩ
其中emic,i、emic_fix,i分别对应midamble干扰消除后的时隙数据域与相位修正后时隙数据域的第i个码片,将当前时隙的数据部分初始相位修正至与历史时隙相同,从而继承所述系统矩阵。
步骤10:沿用历史记录实施数据联合检测。
步骤11:判断历史记录是否达到预定继承次数上限,是,继续执行步骤12,否,则跳转步骤4。
依据预定的历史记录继承次数上限,指导历史记录清0。所述预定继承次数取值范围1~TS_num,本实施例中,预定历史记录继承次数上限为1。
步骤12:历史记录清零,继承次数清零,执行步骤4。
步骤13:按常规方案实施数据检测,并更新历史记录。
步骤14:判断是否遍历关心的各TTImin,是,完成数据检测,否,跳转至步骤1。
本发明利用同一传输时间间隔内数据业务所辖各时隙资源占用统一及信道相关时间内信道变化可忽略的特点,针对同一传输时间间隔内数据业务所辖各时隙的数据接收,不同于常规方案的各时隙独立进行数据检测,而是检测时仅进行部分时隙的系统矩阵相应处理,剩余时隙数据经相位修正仍然沿用前述获取的系统矩阵进行相应数据的检测。本发明能够在实现显著提升接收机处理效率与节省功耗的同时保证数据接收的正确性。
实施例二为一种高速数据业务接收装置,如图5中所示,包括历史记录存储器、数据检测方案选择器、常规数据检测器、中间码提取与信道估计后处理获取器、时隙数据相位偏差矢量估计器和系统矩阵继承数据检测器。
所述历史记录存储器用于存储系统矩阵继承数据检测器和数据检测方案选择器所需的历史记录:包括midamble数组Midhis、信道估计后处理数组CIR_PPhis、系统矩阵Ahis及其相关内容;所述数据检测方案选择器,用于综合高层信息与所述历史记录存储器信息选择当前高速数据业务时隙所使用的数据检测方案,即包括常规检测器和系统矩阵继承数据检测器;所述常规数据检测器,用于使用常规的数据检测方案对当前高速数据业务时隙实施数据检测,并更新所述历史记录存储器内容;所述中间码提取与信道估计后处理获取器,用于提取当前业务时隙的midamble数组Midcurrent并获得信道估计后处理数组CIR_PPcurrent;所述时隙数据相位偏差矢量估计器,用于根据所述中间码提取与信道估计后处理获取器输出的Midcurrent与CIR_PPcurrent及所述历史记录存储器记录的Midhis与CIR_PPhis估计当前时隙与历史时隙相位偏差矢量;所述系统矩阵继承数据检测器,用于根据所述数据检测方案选择器的选择,利用所述历史记录存储器、所述时隙数据相位偏差估计器的输出实施基于系统矩阵继承的数据检测。
为了更充分说明本发明的优越性,在如下参数设置下针对本发明的高速数据业务接收方法与常规方法进行了性能仿真比较。
■TD-SCDMA系统HSDPA业务;
■业务配置:物理层类别4,传输块大小4808,调制方式16QAM;单子帧时隙占用数2;
■无线环境:AWGN信道及3GPP TS 25.102规定的已启用频段HSDPA信道环境PA3、PB3信道;
■方案描述:“Normal Scheme”对应常规最小均方误差块线性均衡联合检测方案;“Proposed Scheme”对应本发明的系统矩阵继承方案;
■单信噪比点Mento-Carlo仿真传输块数:10000块;
■性能衡量指标:数据检测输出误码率。
如图6、7、8中所示,在AWGN、PA3、PB3三种不同信道环境中,其中,横坐标对应实际信噪比Ec/No;纵坐标对应各方法联合检测输出误码率;由图中的仿真结果可知,本发明能够在实现显著提升接收机处理效率、节省功耗与降低实现成本的同时保证数据接收性能。
本发明特别适用于高速数据业务所处信道环境较稳定的情况,即信道相关时间较长的情形。另外,本发明还特别适用于数据速率较高,所需承载资源较大,处理复杂度较大的高速数据业务。一般的,高速数据业务工作信道环境越稳定,所需承载资源越接近资源上限,本发明相对现有方法而言,越能体现其提升接收机处理效率、节省功耗与降低实现成本的能力。
以上对本发明所提供的高速数据业务接收方法及装置进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种高速数据业务接收方法,其特征在于:包括
以目标高速数据业务编码复合传输信道各传输信道组件的最小TTI为时间单位,分别接收各下辖子帧各时隙数据;
判断当前信道估计后处理数组是否为历史信道估计后处理数组的子集,若否,则实施常规的数据检测方案并更新历史记录,若是,进一步判断历史信道估计后处理数组与当前信道估计后处理数组是否均只包含目标高速数据业务编码复合传输信道对应码道或激活窗位置相同且抽头功率间存在可接受的线性关系,若是,则对所述时隙数据进行相位修正,然后沿用历史记录中的系统矩阵进行相应数据的检测,否则实施常规的数据检测方案并更新历史记录。
2.根据权利要求1所述的高速数据业务接收方法,其特征在于:所述对所述时隙数据进行相位修正过程进一步包括:如果当前信道估计后处理数组为历史信道估计后处理数组的子集,则获取用做相位修正的当前时隙与历史时隙相位偏差矢量。
3.根据权利要求2所述的高速数据业务接收方法,其特征在于:所述获取相位偏差矢量进一步包括:
当历史信道估计后处理数组和当前信道估计后处理数组均只包括目标高速数据业务编码复合传输信道对应码道时,利用两时隙中间码获取相位偏差矢量;
当历史信道估计后处理数组与当前信道估计后处理数组的激活窗位置相同,且抽头功率间存在可接受的线性关系时,利用两时隙信道估计获取相位偏差矢量。
4.根据权利要求3所述的高速数据业务接收方法,其特征在于:所述相位修正是利用当前信道估计后处理数组进行中间码干扰消除获得时隙数据域,并使用所述相位偏差矢量进行相位修正。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的高速数据业务接收方法,其特征在于:在接收以目标高速数据业务编码复合传输信道各传输信道组件的最小TTI为时间单位的各个时隙过程中,以遍历的方式顺序判断各时隙能否继承历史的系统矩阵相关信息。
6.根据权利要求1~3中任一项所述的高速数据业务接收方法,其特征在于:在沿用历史记录进行数据检测时,若历史记录继承次数达到设定的上限,则将所述继承次数清零后重新进行数据检测并更新历史记录。
7.一种高速数据业务接收装置,包括历史记录存储器、数据检测方案选择器、常规数据检测器、时隙数据相位偏差矢量估计器和系统矩阵继承数据检测器,
所述历史记录存储器用于存储系统矩阵继承数据检测器和数据检测方案选择器所需的历史记录;
所述数据检测方案选择器,用于判断当前信道估计后处理数组是否为历史信道估计后处理数组的子集,如果否,选择常规检测器;如果是,进一步判断历史信道估计后处理数组与当前信道估计后处理数组是否均只包含目标高速数据业务编码复合传输信道对应码道或激活窗位置相同且抽头功率间存在可接受的线性关系,如果是,则选择系统矩阵继承数据检测器,否则选择常规检测器;所述常规数据检测器,用于使用常规的数据检测方案对当前高速数据业务时隙实施数据检测,并更新所述历史记录存储器内容;
所述时隙数据相位偏差矢量估计器,用于估计当前时隙与历史时隙相位偏差矢量;
所述系统矩阵继承数据检测器,用于对时隙数据进行相位修正,然后沿用历史记录中的系统矩阵进行相应数据的检测。
8.根据权利要求7所述的高速数据业务接收装置,其特征在于:还包括用于提取当前业务时隙的中间码数组并获得信道估计后处理数组的中间码提取与信道估计后处理获取器,所述时隙数据相位偏差矢量估计器,根据所述中间码提取与信道估计后处理获取器输出的当前中间码数组与当前信道估计后处理数组、及所述历史记录存储器记录的历史中间码数组与历史信道估计后处理数组,估计当前时隙与历史时隙相位偏差矢量。
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