CN101359929B - 用于时分同步码分多址系统的数据接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于时分同步码分多址系统的数据接收方法，包括以下步骤：S302，将时分同步码分多址系统的帧结构改造为包括两个训练序列的帧结构，并分别利用两个训练序列对帧结构中的两个数据部分进行信道估计；S304，分别根据两个数据部分的信道估计结果，对两个数据部分进行检测，以接收两个数据部分。通过本发明，可以在终端运动速度较大的情况下，精确检测出所接收的数据。

Description

用于时分同步码分多址系统的数据接收方法

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地涉及一种用于时分同步码分多址系统的数据接收方法。

背景技术

现有时分同步码分多址(Time Division Synchronization CodeDivision Multiple Access，简称TD-SCDMA)系统的基本帧结构如图1所示，主要由两端各一个352码片长的数据部分、中间144码片长的中间训练序列(Mid-amble)部分、以及尾部16码片长的保护间隔(GP)构成。其中，数据部分还可能包括传输块格式组合指示(TFCI)、功率控制命令字(TPC)、和同步控制命令字(SS)，其位置分布如图2所示。

在现有的TD-SCDMA系统帧结构下，接收机利用Mid-amble部分进行信道估计，并认为两侧的数据部分的信道衰落特性与Mid-amble部分是一致的，因此将基于Mid-amble部分的信道估计结果带入数据部分检测的均衡器中，均衡器采用匹配滤波或联合检测方式对数据部分进行检测。

移动通信中的无线信道是一个时变的随机过程，一个典型的特征就是时间选择性衰落特性。而衰落的相关时间和终端的运动速度相关，运动速度越大则衰落相关时间越短。仿真与测试结果显示，在终端运动速度不超过120km/h时，在现有的TD-SCDMA系统帧结构下，Mid-amble部分中心的信道衰落与远端数据部分信道衰落的相关性超过90％，因此，基于Mid-amble部分的信道估计将完全可以用于两侧的数据部分检测。但是，当终端运动速度进一步加大后，Mid-amble部分的信道衰落与远端数据部分的信道衰落的相关性迅速下降，例如250km/h运动速度时相关性降到了70％左右。此时Mid-amble部分的信道估计已经不能完全等效为两侧数据部分的信道冲击响应特性，直接利用其参与数据部分检测将会带来接收机性能的恶化。

发明内容

鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提供了一种新的用于时分同步码分多址系统的数据接收方法。

根据本发明的用于时分同步码分多址系统的数据接收方法，包括以下步骤：S302，将时分同步码分多址系统的帧结构改造为包括两个训练序列的帧结构，并分别利用两个训练序列对帧结构中的两个数据部分进行信道估计；S304，分别根据两个数据部分的信道估计结果，对两个数据部分进行检测，以接收两个数据部分。

其中，步骤S302包括以下步骤：S3022，将时分同步码分多址系统的帧结构改造为包括两个训练序列的帧结构；S3024，分别对两个训练序列进行信道估计，以得出两个训练序列的信道冲击响应；以及S3026，利用两个训练序列的信道冲击响应，得出两个数据部分的信道冲击响应。

其中，两个训练序列分别位于时分同步码分多址系统的帧结构的中部和尾部。两个训练序列的长度相同。并且，两个训练序列中的每一个都由基本训练序列和循环前缀构成。另外，两个训练序列中的码字可以相同或不同。

其中，在S3024中，通过分别对两个训练序列进行联合信道估计来得出两个训练序列的信号冲击响应。在S3026中，利用两个训练序列的信道冲击响应，通过线性内插法得出两个数据部分的信道冲击响应。在步骤S304中，通过匹配滤波的方式或联合检测的方式对两个数据部分进行检测。

其中，通过以下步骤对两个数据部分进行联合检测：构造两个数据部分中的每个的多个数据分段对应的系统矩阵A；通过基于线性块均衡最小均方误差的联合检测方法，检测出多个数据分段的符号信息 $d={(A^H{R}_n^{-1}A+R_d)}^{-1}\·A^H{R}_n^{-1}e,$ 其中，e为中间数据部分接收信号，R_n为噪声相关矩阵，R_d为信号相关矩阵，A^H为A的共轭转置矩阵。

其中，通过Cholesky分解方法对 $d={(A^H{R}_n^{-1}A+R_d)}^{-1}\·A^H{R}_n^{-1}e$ 进行简化，其中，Cholesky分解方法包括以下步骤：计算 $T=A^H{R}_n^{-1}A+R_d,$ 得到

其中，T矩阵是块对角矩阵，T矩阵的上半部和下半部也不一致；分别对上式中虚线框小块进行Cholesky分解，以T矩阵对角线的中心向上半部分取两个小块长度、下半部分取一个小块长度，抽出3×3共9个小块构成的矩阵，并对其进行Cholesky分解得到下三角矩阵： $\left[\begin{array}{ccc}{T}_{A1}& T_{B1}^H& 0\\ T_{B1}& T_{A1}& T_{B12}^H\\ 0& T_{B12}& T_{A2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{L}_1& 0& 0\\ L_2& L_3& 0\\ 0& L_4& L_5\end{array}\right]\·{\left[\begin{array}{ccc}{L}_1& 0& 0\\ L_2& L_3& 0\\ 0& L_4& L_5\end{array}\right]}^H,$ 并以T矩阵对角线的中心向下取两个小块长度，抽出2×2共4个小块构成的矩阵，并对其进行Cholesky分解得到下三角矩阵： $\left[\begin{array}{cc}{T}_{A2}& T_{B2}^H\\ T_{B2}& T_{A2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{L}_6& 0\\ L_7& L_8\end{array}\right]\·{\left[\begin{array}{cc}{L}_6& 0\\ L_7& L_8\end{array}\right]}^H;$ 利用以上三角矩阵得到的小块进行填充，得到T矩阵简化Cholesky分解后的矩阵L：

通过前后向均衡的方式进行数据解调。

通过本发明，可以在终端运动速度较大的情况下，精确检测出所接收的数据。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有TD-SCDMA系统的基本帧结构示意图；

图2是现有TD-SCDMA系统基本帧结构下的TFCI、TPC、SS位置示意图；

图3是根据本发明实施例的用于TD-SCDMA系统的数据接收方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的基于中部和尾部双训练序列的TD-SCDMA系统基本帧结构；

图5是根据本发明实施例的基于中部和尾部双训练序列的TD-SCDMA系统基本帧结构下的TFCI、TPC、SS位置示意图；

图6是每个数据部分分段数为2(共4个数据分段)时的信道估计插值示意图；以及

图7是Mid-amble前的整个数据部分(即前两个数据分段)的系统矩阵构造示意图。

具体实施方式

下面参考附图，详细说明本发明的具体实施方式。

参考图3，说明根据本发明实施例的用于TD-SCDMA系统的数据接收方法。如图3所示，该数据接收方法包括以下步骤：S302，将时分同步码分多址系统的帧结构改造为包括两个训练序列的帧结构，并分别利用两个训练序列对帧结构中的两个数据部分进行信道估计；以及S304，分别根据两个数据部分的信道估计结果，对两个数据部分进行检测，以接收两个数据部分。

其中，步骤S302包括以下步骤：S3022，将时分同步码分多址系统的帧结构改造为包括两个训练序列的帧结构；S3024，分别对两个训练序列进行信道估计，以得出两个训练序列的信道冲击响应；以及S3026，利用两个训练序列的信道冲击响应，得出两个数据部分的信道冲击响应。

例如，图3所示方法中的两个训练序列可以是位于TD-SCDMA系统帧结构的中部和尾部的训练序列。也就是说，在本实施例中，可以利用中部和尾部两个训练序列各自的信道估计结果插值得到前后两个数据部分(甚至每个数据部分内部的各个分段)的精确信道冲击响应，然后利用联合检测的方法分别将两个数据部分检测出来。

如图4所示，基于中部和尾部双训练序列的基本帧结构由中部和尾部各72码片的训练序列Mid-amble和Post-amble、前后各352码片的两个数据部分、以及尾部16码片的保护间隔(GP)构成。

其中，Mid-amble和Post-amble可以采取相同的训练序列，也可以各自采用独立的训练序列。其中，任一72码片的训练序列都是由64码片长度的基本训练序列和8码片长度的循环前缀构成。和现有TD-SCDMA系统的Mid-amble码偏移分配方案类似，同一小区同一时隙的不同用户将分配不同的Mid-amble和Post-amble偏移。

相应的，数据部分中如果含有TFCI、TPC、和SS等带内物理层控制信令符号，则其绝对位置应该相应的发生变化，但仍然位于Mid-amble两边，如图5所示。

下面以Mid-amble和Post-amble采用相同训练序列，且每个数据部分分段数为2(共4个数据分段)为例，对本发明的具体实施方式进行详细说明。在这种情况下，通过以下步骤来接收数据：

首先，分别针对Mid-amble和Post-amble部分进行多用户联合信道估计，分别得到对应Mid-amble和Post-amble的两组信道冲击响应h₁和h₂。其中，联合信道估计采用如下的迫零方式：

h₁＝M^-1.e_m1

h₂＝M^-1.e_m2                                 (1)

其中，M为64码片长度的基本训练序列构成的右循环方阵，e_m1和e_m2分别对应Mid-amble部分和Post-amble部分的接收序列。

然后，根据已知的信道冲击响应h₁和h₂进行线性内插和外插，得到四个数据分段各自的信道估计结果h_d1、h_d2、h_d3和h_d4(如图6所示)。其中，

$h_{d1}=\frac{728}{424}{h}_1-\frac{304}{424}{h}_2$

$h_{d2}=\frac{552}{424}{h}_1-\frac{128}{424}{h}_2$

$h_{d3}=\frac{304}{424}{h}_1+\frac{120}{424}{h}_2$

$h_{d4}=\frac{128}{424}{h}_1+\frac{688}{424}{h}_2---\left(2\right)$

接着，将上述h_d1、h_d2、h_d3和h_d4分别进行门限后处理，高于预设门限的抽头保留，低于门限的清零，得到经过后处理的各用户信道冲击响应，每个用户的每个数据分段对应一组冲击响应。

最后，按照如下方式进行Mid-amble前的整个数据部分(即数据分段1和数据分段2)和Mid-amble后的整个数据部分(即数据分段3和数据分段4)的检测。

例如，如图7所示，构造数据分段1和数据分段2对应的系统矩阵A。其中，小块V₁由各个用户对应数据分段1的信道冲击响应卷积各自的信道化码扰码复合码字得到的向量横排构成；小块V₂由各个用户对应数据分段2的信道冲击响应卷积各自的信道化码扰码复合码字得到的向量横排构成。

利用基于线性块均衡最小均方误差(MMSE-BLE)的联合检测方法，检测出各个用户数据分段1和数据分段2的符号信息d。

$d={(A^H{R}_n^{-1}A+R_d)}^{-1}\·A^H{R}_n^{-1}e---\left(3\right)$

其中，e为中间数据部分接收信号，R_n为噪声相关矩阵，R_d为信号相关矩阵，A^H为A的共轭转置矩阵。

定义矩阵 $T=A^H{R}_n^{-1}A+R_d,$ 则等式(3)可以用如下简化的Cholesky(乔列斯基)分解方法进行，T矩阵简化Cholesky分解的过程如下：

i.计算 $T=A^H{R}_n^{-1}A+R_d$ 得到如下形式：

其中，T矩阵是一个块对角矩阵，并且由于A矩阵的上半部下半部对应的信道冲击响应的不一致，所以T矩阵的上半部和下半部也不一致；

ii.分别对等式(4)中虚线框小块进行Cholesky分解，以T矩阵对角线的中心向上半部分取两个小块长度、下半部分取一个小块长度，抽出3×3共9个小块构成的矩阵，并对其进行Cholesky分解得到下三角矩阵：

$\left[\begin{array}{ccc}{T}_{A1}& T_{B1}^H& 0\\ T_{B1}& T_{A1}& T_{B12}^H\\ 0& T_{B12}& T_{A2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{L}_1& 0& 0\\ L_2& L_3& 0\\ 0& L_4& L_5\end{array}\right]\·{\left[\begin{array}{ccc}{L}_1& 0& 0\\ L_2& L_3& 0\\ 0& L_4& L_5\end{array}\right]}^H---\left(5\right)$

以T矩阵对角线的中心向下取两个小块长度，抽出2×2共4个小块构成的矩阵，并对其进行Cholesky分解得到下三角矩阵：

$\left[\begin{array}{cc}{T}_{A2}& T_{B2}^H\\ T_{B2}& T_{A2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{L}_6& 0\\ L_7& L_8\end{array}\right]\·{\left[\begin{array}{cc}{L}_6& 0\\ L_7& L_8\end{array}\right]}^H---\left(6\right)$

iii.对T矩阵进行简化Cholesky分解，即利用(5)和(6)得到的小块进行填充，以如下填充的方式得到T矩阵简化Cholesky分解后的矩阵L：

1)小块L1填在矩阵L的左上角；

2)小块L2、L3横排填在矩阵L的L1下方，L3位于主对角线上，并按照锯齿状延拓至矩阵L的主对角线中心位置；

3)小块L4、L5横排填在矩阵L的主对角线中心位置下方，其中L5位于主对角线上；

4)小块L7、L8横排，并按照锯齿状延拓，填满主对角线和内侧块对角线的所有空余位置，其中，L8始终位于主对角线上。

iv.利用前后向均衡的方式进行数据解调。其中，匹配滤波后符号 $d_{\mathrm{MF}}=A^H{R}_n^{-1}e,$ 解前向均衡方程L·d_FW＝d_MF，得到中间变量d_FW，解后向均衡方程L^H·d＝d_FW，得到最终解调符号d。

通过本发明，可以在终端运动速度较大的情况下，精确检测出所接收的数据。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种用于时分同步码分多址系统的数据接收方法，其特征在于，包括以下步骤：

S302，将时分同步码分多址系统的帧结构改造为包括两个训练序列的帧结构，并分别利用所述两个训练序列对所述帧结构中的两个数据部分进行信道估计，其中，所述步骤S302包括以下步骤：S3022，将所述时分同步码分多址系统的帧结构改造为包括两个训练序列的帧结构；S3024，分别对所述两个训练序列进行信道估计，以得出所述两个训练序列的信道冲击响应；以及S3026，利用所述两个训练序列的信道冲击响应，得出所述两个数据部分的信道冲击响应，其中，在所述步骤S3026中，利用所述两个训练序列的信道冲击响应，通过线性内插和/或外插法得出所述两个数据部分的信道冲击响应；以及

S304，分别根据所述两个数据部分的信道估计结果，对所述两个数据部分进行检测，以接收所述两个数据部分。

2.根据权利要求1所述的数据接收方法，其特征在于，所述两个训练序列分别位于所述时分同步码分多址系统的帧结构的中部和尾部。

3.根据权利要求2所述的数据接收方法，其特征在于，所述两个训练序列的长度相同。

4.根据权利要求3所述的数据接收方法，其特征在于，所述两个训练序列中的每一个都由基本训练序列和循环前缀构成。

5.根据权利要求4所述的数据接收方法，其特征在于，所述两个训练序列中的码字相同或不同。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的数据接收方法，其特征在于，在所述步骤S3024中，通过分别对所述两个训练序列进行联合信道估计来得出所述两个训练序列的信号冲击响应。

7.根据权利要求1所述的数据接收方法，其特征在于，在所述步骤S304中，通过联合检测的方式对所述两个数据部分进行检测。

8.根据权利要求7所述的数据接收方法，其特征在于，通过以下步骤对所述两个数据部分进行联合检测：

构造所述两个数据部分中的每个的多个数据分段对应的系统矩阵A；

通过基于线性块均衡最小均方误差的联合检测方法，检测出所述多个数据分段的符号信息

其中，e为中间数据部分接收信号，R_n为噪声相关矩阵，R_d为信号相关矩阵，A^H为A的共轭转置矩阵。

9.根据权利要求8所述的数据接收方法，其特征在于，通过Cholesky分解方法对

进行简化，其中，所述Cholesky分解方法包括以下步骤：

计算 $T=A^H{R}_n^{-1}A+R_d,$ 得到：

其中，T矩阵是块对角矩阵，T矩阵的上半部和下半部也不一致；

分别对上式中虚线框小决进行Cholesky分解，以T矩阵对角线的中心向上半部分取两个小块长度、下半部分取一个小块长度，抽出3×3共9个小块构成的矩阵，并对其进行Cholesky分解得到下三角矩阵： $\left[\begin{array}{ccc}{T}_{A1}& T_{B1}^H& 0\\ T_{B1}& T_{A1}& T_{B12}^H\\ 0& T_{B12}& T_{A2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{L}_1& 0& 0\\ L_2& L_3& 0\\ 0& L_4& L_5\end{array}\right]\·{\left[\begin{array}{ccc}{L}_1& 0& 0\\ L_2& L_3& 0\\ 0& L_4& L_5\end{array}\right]}^H,$ 并以T矩阵对角线的中心向下取两个小块长度，抽出2×2共4个小块构成的矩阵，并对其进行Cholesky分解得到下三角矩阵： $\left[\begin{array}{cc}{T}_{A2}& T_{B2}^H\\ T_{B2}& T_{A2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{L}_6& 0\\ L_7& L_8\end{array}\right]\·{\left[\begin{array}{cc}{L}_6& 0\\ L_7& L_8\end{array}\right]}^H;$

利用以上三角矩阵得到的小块进行填充，得到T矩阵简化Cholesky分解后的矩阵L：

通过前后向均衡的方式进行数据解调。

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