CN102739283A - 时分同步码分多址接收机中基于激活码道选择的联合检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种时分同步码分多址接收机，其特征在于包含：联合检测器，接收来自收发器的输入信号，并使用激活信道码选择对所述输入信号进行分析，以确定在服务小区之外是否存在一个或多个相邻小区的同频干扰；其中，所述联合检测器通过所述激活信道码选择指定包含所需的多个激活码道的第一矩阵以构建信道矩阵，所述多个激活码道包含服务小区的全部或部分激活码道及/或对应于所述一个或多个相邻小区的全部或者部分激活码道。本发明的优点之一在于可在接收机的接收性能与联合检测算法的复杂度之间取得一个平衡。

Description

时分同步码分多址接收机中基于激活码道选择的联合检测方法

技术领域

本发明有关于时分同步码分多址(Time Division Synchronous CDMA，TD-SCDMA)技术，更具体地，是有关于时分同步码分多址接收机中基于激活码道选择的联合检测方法。

背景技术

TD-SCDMA是由中国无线通信标准研究组(China WirelessTelecommunication Standards group，CWTS)提出并于1999年由国际电信联盟(International Telecommunication Union，ITU)通过的一项技术，该技术已经由中国电信技术科学院(Chinese Academy of Telecommunications Technology)及西门子(Siemens)开发并推广应用。TD-SCDMA使用时分双工(Time Division Duplex，TDD)模式，使用同一帧(frame)的不同时隙(Time Slot，TS)传送上行链路业务(traffic)(由移动终端至基站的业务)与下行链路业务(由基站至移动终端的业务)。这意味着上行链路与下行链路的频谱(spectrum)可依据传送的信息类型而弹性分配。当由基站发送非对称(asymmetrical)数据时，例如电子邮件(E-mail)及因特网(Internet)，相比于上行链路，更多的时隙用于下行链路。然而在对称式业务(symmetrical service)(例如，电话业务)中，在上行链路与下行链路中采用对称的时隙划分(symmetrical split)。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种时分同步码分多址接收机及其码道联合检测方法。

在本发明的一种实施方式中，提供一种时分同步码分多址接收机，其特征在于包含：联合检测器，接收来自收发器的输入信号，并使用激活信道码选择(Active Code Selection：ACS)对所述输入信号进行分析，以确定在服务小区(cell)之外是否存在一个或多个相邻小区的同频干扰；其中，所述联合检测器通过所述激活信道码选择指定包含所需的多个激活码道的第一矩阵以构建信道矩阵，所述多个激活码道包含服务小区的全部或部分激活码道及/或对应于所述一个或多个相邻小区的全部或部分激活码道。

在本发明的另一种实施方式中，提供一种码道联合检测方法，用于时分同步码分多址接收机，其特征在于，所述码道联合检测方法包含：接收来自收发器的输入信号；使用激活信道码选择对所述输入信号进行分析，以确定在服务小区之外是否存在一个或多个相邻小区的同频干扰；以及指定包含所需的多个激活码道的第一矩阵以构建信道矩阵，其中，所述多个激活码道包含服务小区的全部或部分激活码道及/或对应于所述一个或多个相邻小区的全部或者部分激活码道。

利用本发明所提供的基于联合检测的时分同步码分多址接收机中激活码道挑选方法，可在接收机的接收性能与联合检测算法的复杂度之间取得一个平衡。

附图说明

图1为根据本发明一种实施方式的小区的示意图。

图2为根据本发明一种实施方式的TD-SCDMA的数学模型的示意图。

图3为使用根据本发明一种实施方式的ACS的联合检测器的操作流程的示意图。

图4为根据本发明的信道矩阵T与矩阵V的(构建)示意图。

图5为根据本发明的信道矩阵T_new、T₀及矩阵V_new、V₀的结构示意图。

具体实施方式

下文描述的实施方式是实现本发明的较佳实施方式。本实施方式部分仅用于说明本发明的目的，并不作为本发明的限制。应理解，本实施方式部分可由硬件、软件、固件及其任意组合来实现。

本发明提供一种新的技术，允许联合检测器使用从服务小区或相邻小区接收到的具有可能相等功率的信号进行联合检测。联合检测器使用一种新的ACS方法，通过对矩阵V重新排序容纳多个相邻小区，从而处理来自服务小区与多个相邻小区的信号。更具体地，本发明所提供的TD-SCDMA接收机中的联合检测器接收来自收发器的输入信号，并使用ACS对所述输入信号进行分析，以确定在服务小区之外是否存在一个或多个相邻小区的同频干扰；其中，所述联合检测器通过所述ACS指定包含所需的多个激活码道的第一矩阵以构建信道矩阵，所述多个激活码道包含服务小区的全部或部分激活码道及/或对应于所述一个或多个相邻小区的全部或部分激活码道。

图1为根据本发明一种实施方式的小区的示意图。TD-SCDMA系统使用通用频率复用(universal frequency reuse)计划，亦即多个相邻小区8能够重复使用服务小区6中所使用的多个射频载波频率。因此，手持设备(handset)1、2接收的信号可以是来自服务小区及多个相邻小区的信号加和。同时，来自多个相邻小区8的信号具有与来自服务小区6的信号相当的功率电平(power level)。

图2为根据本发明一种实施方式的TD-SCDMA的数学模型12的示意图。如图2所示，数据符号向量(vector)d由来自码道1，2，...，N(N为整数且N≥1)的数据符号(data symbol)组成。如图2所示符号V₁，V₂...，V_N为矩阵V的多个元素，其中，矩阵V用于构建信道矩阵T(详细说明请参见下文)。由图2可见，矩阵V的多个元素V₁，V₂...，V_N通过第一加和(summation)模块18相结合。第一加和模块18提供输出信号10以输出至第二加和模块20。请注意，输出信号10在输入至第二加和模块20之前，已经由收发器处理并传送至TD-SCDMA接收机。如图2所示，第二加和模块20将输出信号10与噪声矢量n相加以表示与TD-SCDMA接收机相关的加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise，AWGN)中的噪声。第二加和模块20将输出信号r提供至联合检测器14与信道估计器16。信道估计器16的输出信号11所承载的信息用于辅助联测检测器14构建信道矩阵T。联合检测器14接收输出信号r，并使用本发明所提供的新的ACS执行所需的处理以构建数据符号矢量的估值

。本发明所提供的ACS允许联合检测器14配置矩阵V以允许接收机容纳来自服务小区或相邻小区的多个信号。

图3为使用根据本发明一种实施方式的ACS的联合检测器14的操作流程22的示意图。如步骤24所示，首先提供信道估计器的估计结果，并将该估计结果用于步骤26中的执行激活中间码检测(Active Midamble Detection，AMAD)与步骤28中的执行激活码道检测(Active Code Channel Detection，ACCD)。如步骤26所示，AMAD对信道估计器的估计结果进行分析以产生与收发器所接收到的信号相关的矩阵V。接收信号的中间码部分提供产生矩阵V的信息。如步骤28所示，ACCD对信道估计器的估计结果进行分析以确定矩阵V的元素V₁，V₂...，V_N各自的比例因子(scaling factor)与功率电平。联合检测器接收AMAD的处理结果与ACCD的处理结果，并如步骤30所示执行ACS以产生适当的矩阵V，以用于后续处理中确定适当的信道矩阵T。基于上述结果，联合检测器确定是否正在使用服务小区及/或相邻小区。若没有相邻小区，则由AMAD与ACCD所提供的结果可使用本领域已知的标准技术直接产生矩阵V。然而，若确定正在使用一个或多个相邻小区，则如步骤32所示，利用本发明提供的ACS产生矩阵V_new，其中，矩阵V_new可指示手持设备正在使用的服务小区与相邻小区。接着，矩阵V_new可用于产生信道矩阵T_new，信道矩阵T_new可允许TD-SCDMA接收机通过服务小区与相邻小区接收到的信号得到更好的数据符号估计结果。ACS使用了码道间的相关性来判别使用哪些码道来构建V矩阵可以达到最优的吞吐量(throughput)。

输出信号r可具有如下关系矩阵：

r＝Td+n         (1)

其中，矩阵T表示信道矩阵，矩阵d表示与输入数据符号相关的矩阵。图4为根据本发明的信道矩阵T与矩阵V的结构示意图。当执行完毕ACCD与AMAD之后，矩阵T与矩阵V具有如图4所示的结构。

根据本发明的一种实施方式，可使用最小均方误差(Minimum Mean SquareError，MMSE)联合检测方法。MMSE联合检测方法可表示如下：

$(T^{H}T+{\mathrm{\σ}}^{2}I){\hat{d}}_{\mathrm{MMSE}}=T^{H}r---\left(2\right)$

其中，表示由联合检测器所输出的估计的符号向量，

表示使用MMSE联合检测估计的数据符号。

根据本发明的另一种实施方式，可使用迫零(Zero-Forcing，ZF)联合检测方法以提供

的近似，以简化运算。ZF联合检测方法可表示如下：

$\left(T^{H}T\right){\hat{d}}_{\mathrm{ZF}}=T^{H}r---\left(3\right)$

为了保证上述方程有唯一解，且该解对具体实现中由近似带来的误差不敏感，矩阵B＝T^HT要求可逆，且具有较小的条件数(condition number)。请注意，矩阵A＝(T^HT+σ²I)保证为可逆(invertible)矩阵，亦即满秩(full rank)矩阵，但矩阵A不一定具有较小的条件数。

如图4所示，由于矩阵T的特殊结构，矩阵T的秩(rank)与条件数可由矩阵V所唯一决定。当矩阵V满秩时，则通常信道矩阵T也为将满秩。

若元素V₁，V₂...，V_N来自同一个小区，则矩阵V通常为满秩。然而，若元素V₁，V₂...，V_N来自不同的小区，则无法确保矩阵V为满秩。

在此情形下，需要将矩阵V分解为矩阵V_new与V₀，以便达到两个目标：

1)矩阵V_new为满秩且具有较小的条件数；以及

2)矩阵V_new包含全部待分配给手持设备的码道，其中，矩阵V_new定义为

图5为根据本发明的信道矩阵T_new、T₀及矩阵V_new、V₀的结构示意图。上述目标1)与目标2)在ACS的辅助下得以达到。更具体地，ACS保留了用户终端所需的全部码道并移除了那些可能显著增加矩阵V_new条件数的相邻小区的码道。ACS的实施具有多种可能方式。例如，在标准的格拉姆-施密特处理(Gram-Schmidt procedure)的帮助下，可轻易实现将矩阵V分解为矩阵V_new与V₀。

因此，经过ACS，最后的联合检测结果为

$(T_{\mathrm{new}}^H{T}_{\mathrm{new}}+{\mathrm{\σ}}_w^{2}I){\hat{d}}_{\mathrm{new}}=T_{\mathrm{new}}^{H}r---\left(5\right)$

事实上，由上式可见，在实际实施过程中只需要构建V_new。

由于矩阵A＝(T^HT+σ²I)与B＝T^HT为共轭矩阵(Hermitian)，亦即A^H＝A以及B^H＝B。因此，存在单位矩阵(unitary matrix)P，满足P^HP＝I，使得P^H(T^HT+σ²I)P＝diag[λ₁+σ²λ²+σ²…λ_k+σ²…λ_M+σ²]以及矩阵A的行列式其中，所有的λ≥0且λ_i为矩阵A的特征值(eigen-value)。

由于噪声功率通常比较小且矩阵的行列式等于所有特征值的乘积，因此，任意一个或多个较小(例如，接近于0)的特征值λ_i可使得矩阵A的行列式det(A)较小。在此情形下，基于2范数(2-NORM)(即|| ||₂)的矩阵A的条件数κ(A)为

$\mathrm{\κ}\left(A\right)=\frac{\max \left(\mathrm{\λ}\left(A\right)\right)}{\min \left(\mathrm{\λ}\left(A\right)\right)}=\frac{{\mathrm{\σ}}^2+\max \left(\mathrm{\λ}\left(B\right)\right)}{{\mathrm{\σ}}^2+\min \left(\mathrm{\λ}\left(B\right)\right)}.$

比率κ(A)是代表联合检测算法的实际实施难度的一个指示参数。比率κ(A)越大，数值稳定性越差，同时所需的数据位宽也就越大。

利用本发明所提供的时分同步码分多址接收机中基于激活码道选择的联合检测方法，可在接收机的接收性能与联合检测算法的复杂度之间取得一个平衡。一方面，通常的联合检测可以改善系统在比特误码率(Bit Error Ratio，BER)/块误码率(Block Error Rate，BLER)/吞吐量方面的性能。本领域技术人员可联合检测尽可能多的码道(包括有可能导致更大条件数的码道)，但这在实际操作上成本较高且具有潜在的严重失效可能性。然而本发明所提供的用于联合检测的ACS的目的即为平衡这两个相互冲突的需求。ACS既可用于2倍码片速率取样(2X)的联合检测，也可用于1倍码片速率取样(1X)的联合检测；同时，ACS可用于单小区，也可用于多小区。

虽然本发明是以上述的实施方式为例进行描述，但是，应理解，本发明并不仅限于此。本领域的技术人员在不脱离本发明的精神的前提下，可对本发明作出各种变换或者修改。因此，本发明的范围覆盖权利要求书限定的范围及其等价变换。

Claims (18)

1.一种时分同步码分多址接收机，其特征在于包含：

联合检测器，接收来自收发器的输入信号，并使用激活信道码选择对所述输入信号进行分析，以确定在服务小区之外是否存在一个或多个相邻小区的同频干扰；

其中，所述联合检测器通过所述激活信道码选择指定包含所需的多个激活码道的第一矩阵以构建信道矩阵，所述多个激活码道包含服务小区的全部或部分激活码道及/或对应于所述一个或多个相邻小区的全部或者部分激活码道。

2.根据权利要求1所述的时分同步码分多址接收机，其特征在于，所述联合检测器对所述输入信号的中间码的数据进行分析，以形成所述第一矩阵。

3.根据权利要求1所述的时分同步码分多址接收机，其特征在于，所述联合检测器使用激活码道检测为所述第一矩阵的多个元素分配多个功率电平。

4.根据权利要求1所述的时分同步码分多址接收机，其特征在于，所述联合检测器使用激活中间码检测以确定所述服务小区及/或所述一个或多个相邻小区。

5.根据权利要求1所述的时分同步码分多址接收机，其特征在于，所述联合检测器包含1倍码片速率取样的联合检测或2倍码片速率取样的联合检测。

6.根据权利要求1所述的时分同步码分多址接收机，其特征在于，所述联合检测器使用最小均方误差或迫零联合检测以确定估计的数据符号。

7.根据权利要求1所述的时分同步码分多址接收机，其特征在于，所述联合检测器将所述第一矩阵与所述信道矩阵构建为满秩矩阵。

8.根据权利要求1所述的时分同步码分多址接收机，其特征在于，所述联合检测器使用所述激活信道码选择以确定所述服务小区及/或所述一个或多个相邻小区中将用于联合检测的激活码道，以减小所述第一矩阵的条件数。。

9.根据权利要求1所述的时分同步码分多址接收机，其特征在于，所述信道矩阵的条件数由所述第一矩阵所唯一决定。

10.一种码道联合检测方法，用于时分同步码分多址接收机，其特征在于，所述码道联合检测方法包含：

接收来自收发器的输入信号；

使用激活信道码选择对所述输入信号进行分析，以确定在服务小区之外是否存在一个或多个相邻小区的同频干扰；以及

指定包含所需的多个激活码道的第一矩阵以构建信道矩阵，其中，所述多个激活码道包含服务小区的全部或部分激活码道及/或对应于所述一个或多个相邻小区的全部或者部分激活码道。

11.根据权利要求10所述的码道联合检测方法，其特征在于，对所述输入信号进行分析的步骤更包含分析所述输入信号的中间码以形成所述第一矩阵。

12.根据权利要求10所述的码道联合检测方法，其特征在于，指定所述第一矩阵的步骤更包含为所述第一矩阵的多个元素分配多个功率电平。

13.根据权利要求10所述的码道联合检测方法，其特征在于，对所述输入信号进行分析的步骤更包含使用激活中间码检测以确定所述服务小区及/或所述一个或多个相邻小区。

14.根据权利要求10所述的码道联合检测方法，其特征在于，所述时分同步码分多址接收机包含1倍或2倍码片速率取样联合检测。

15.根据权利要求10所述的码道联合检测方法，其特征在于，指定所述第一矩阵的步骤更包含使用最小均方误差或迫零联合检测以确定估计的数据符号。

16.根据权利要求10所述的码道联合检测方法，其特征在于，指定所述第一矩阵的步骤更包含将所述第一矩阵与所述信道矩阵构建为满秩矩阵。

17.根据权利要求10所述的码道联合检测方法，其特征在于，所述激活信道码选择用于确定所述服务小区及/或所述一个或多个相邻小区中将用于联合检测的激活码道，以减小第一矩阵的条件数。

18.根据权利要求10所述的码道联合检测方法，其特征在于，所述信道矩阵的条件数由所述第一矩阵所唯一决定。

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