CN103905086B - 联合检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种联合检测方法及系统，对等效信道估计进行分段，获取多个分段信道估计；从多个分段信道估计中选取能量最大的分段信道估计；根据本小区码道的实际信道估计和邻小区码道的能量最大的分段信道估计，计算组合信道响应，进行联合检测，即用于联合检测的邻小区的信道估计是包含信息量最大的一段信道估计，从而避免了现有技术中由于对邻小区信道估计的有效抽头强制截断而往往不能得到信息量最大的一段信道估计，进而导致联合检测性能差的问题。由此，通过本发明提供的联合检测方法及系统提高了联合检测的性能。

Description

联合检测方法及系统

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种联合检测方法及系统。

背景技术

TD-SCDMA（TimeDivisionSynchronizedCodeDivisionMultipleAccess，时分同步码分多址）是我国自主提出的3G标准，其在频谱利用率、频率灵活性、业务支持多样性及成本等方面均具有独特优势。TD-SCDMA使用时分双工（TimeDivisionDuplex，TDD）技术，基于上下行信道使用同一频率、具有互易性的特点，TD-SCDMA使用智能天线减少了用户间的干扰。但智能天线技术只能减少用户间干扰，不能完全消除MAI（MultipleAddressInterference，多址干扰）和ISI（InterSymbolInterference，符号间干扰），因此TD-SCDMA还使用了联合检测技术以进一步抑制/消除MAI和ISI。

联合检测技术是一种较为成熟的技术。在CDMA移动通信系统中，各个用户/码道的信号之间会互相干扰，这就是多址干扰（MAI）。传统的CDMA系统使用RAKE接收机，RAKE接收机是单用户检测（SUD）技术，它将MAI作为噪声。这导致在网络负载较重时，终端接收的信噪比严重恶化，系统容量也随之下降。IS-95和WCDMA早期版本等系统实际容量远小于设计码道数，就是因为使用了单用户检测技术。实际上，由于MAI中包含许多先验的信息，如确知的用户信道码、各用户的信道估计等，因此MAI可以被利用起来以提高信号分离方法的准确性。这样充分利用MAI中的先验信息而将所有用户信号的分离看作一个统一的过程的信号分离方法称为多用户检测技术（MUD）。联合检测就是一种MUD技术，它同时检测所有用户的信号，从而实现对MAI的消除。

TD-SCDMA使用联合检测的机制具体如下：

首先，请参考图1，其为TD-SCDMA基带数据的模型示意图。如图1所示，其中，d^(k)表示码道k上承载的数据向量，是N×1维的向量；c^(k)表示码道k的扩频码，是Q×1维的向量；h^(k)表示码道k的信道冲激响应，是一个W×1维的向量；b^(k)表示码道k的组合信道响应，由c^(k)与h^(k)卷积得到，是(Q+W-1)×1维向量。

其数学模型可以表示如下：

e=A·d+n

与之对应的，其直观示意图如图2所示。其中，j＝(n-1)·K+k,k＝1…K,n＝1…N表示所有码道数据共同组成的向量；A=(A_i，j)i＝1…N·Q+W-1,j＝1…K·N表示系统矩阵。

$A_{Q\·(n-1)+l,k+K\·(n-1)}\left\{\begin{array}{cc}{b}_l^{\left(k\right)}& \mathrm{for\; k}=1...K,n=1...N,l=1...Q+W-1\\ 0& \mathrm{else}\end{array}\right.$

在此，设干扰n具有AWGN特性，则基于迫零（ZF）准则和最小均方误差（MMSE）准则获取的联合检测的结果分别为：

${\hat{d}}_{\mathrm{ZF}}={\left(A^{H}A\right)}^{-1}{A}^{H}e$

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

其中，σ²为噪声功率。

联合检测方案一般认为信道冲激响应为有限长，在TD-SCDMA联合中，一般认为信道冲激响应长度不超过16chips，也即限定W＝16。此时，相关矩阵R=A^HA具有带状稀疏Toplitez特性。

请参考图3，其为相关矩阵的特性示意图。如图3所示，此时，具体计算联合检测的结果时只需要计算两个小矩阵R0和R1即可，从而矩阵求逆或解方程时也可以使用比较简单的快速算法。

对于单个小区来说，不同码道在时间上保持同步，依据上文描述，很容易实现联合检测。

但在同频多小区环境下，不同小区的信号不同步，邻小区定时可能提前也可能滞后。以邻小区定时滞后为例，如果以本小区定时为基准，邻小区的码道k的信道响应需要表示为[00...0(h^(k))^T]^T的形式。此时，如果仍然按照上文所述数学模型进行联合检测，则相关矩阵R将更为复杂（即除R0和R1外，还存在其他非零子矩阵），而且邻小区相对本小区定时滞后越大，需要计算的非零子矩阵越多。此时，将显著增加联合检测的复杂度和难度。

在现有技术方案中，为了保证相关矩阵R的规整性（即只需要计算R0和R1）并降低求解线性方程的复杂度，对参与联合检测的邻区信道响应进行了限定，直接对[00...0(h^(k))^T]^T的尾部进行截断，将其维数限定为W≤16。

简而言之，现有联合检测方案的实现步骤大致如下：

1）进行信道估计，分别获取每个小区的码道的信道估计；

2）根据本小区和邻小区的定时差异，获取邻小区等效的信道估计；

3）对邻小区的等效信道估计进行截断，保证以本小区定时为基准表示的邻小区信道估计维数W＝16；

4）计算组合信道响应，进行联合检测；

5）提取特定用户码道对应的数据进行解调等后续处理；

其中，步骤1）进行信道估计时，每个小区的信道估计分别基于该小区的定时获取。

以上以邻小区定时滞后为例对现有联合检测方案进行了说明，本领域的技术人员可以理解，如果邻小区定时提前，可以通过将邻小区作为定时基准或直接对邻小区信道冲激响应的头部进行截断等方式，在保证数学模型中不同码道定时关系的前提下实现联合检测，在此不详细说明。

综上可见，现有技术方案在不同小区定时差别较大时，邻小区信道估计的有效抽头被强制截断，联合检测性能将明显下降。这主要是由于：一方面，邻小区信道参与联合检测的信道估计的能量被人为削减将导致联合检测性能下降；另一方面，被强制截断的信道估计抽头将成为额外的干扰，进一步导致联合检测的性能下降。甚至在极端情况下，例如，小区定时偏差超过16chips时，邻小区无法参与联合检测，信号检测性能将急剧恶化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种联合检测方法及系统，以解决现有技术的联合检测方法中由于邻小区信道估计的有效抽头被强制截断，从而联合检测性能较差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种联合检测方法，所述联合检测方法包括：

进行信道估计，获取每个小区码道的实际信道估计；

根据本小区和邻小区的定时差异，获取邻小区码道的等效信道估计；

对等效信道估计进行分段，获取多个分段信道估计；

从多个分段信道估计中选取能量最大的分段信道估计；

根据本小区码道的实际信道估计和邻小区码道的能量最大的分段信道估计，计算组合信道响应，进行联合检测。

可选的，在所述的联合检测方法中，本小区和邻小区的定时差异包括：邻小区超前本小区、或者邻小区滞后本小区。

可选的，在所述的联合检测方法中，根据本小区和邻小区的定时差异，获取邻小区码道的等效信道估计包括：

当邻小区超前本小区时，在邻小区码道的实际信道估计前后分别补零，获取邻小区码道的等效信道估计，其中，邻小区码道的实际信道估计后补零的个数等于超前的数值，邻小区码道的实际信道估计前补零的个数使得邻小区码道的等效信道估计维数为信道估计维数W的整数倍；

当邻小区滞后本小区时，在邻小区码道的实际信道估计前补零，获取邻小区码道的等效信道估计，其中，补零的个数等于滞后的数值。

可选的，在所述的联合检测方法中，对等效信道估计进行分段包括：以信道估计维数W为步长对等效信道估计进行分段。

可选的，在所述的联合检测方法中，所述信道估计维数W等于16。

可选的，在所述的联合检测方法中，计算组合信道响应，进行联合检测包括：利用数学模型e=A·d+n计算组合信道响应，进行联合检测，其中，A表示组合信道响应，d表示码道上承载的数据，n表示噪声。

本发明还提供了一种联合检测系统，所述联合检测系统包括：

信道估计计算模块，用以进行信道估计，获取每个小区码道的实际信道估计；

信道估计等效模块，用以根据本小区和邻小区的定时差异，获取邻小区码道的等效信道估计；

信道估计分段模块，用以对等效信道估计进行分段，获取多个分段信道估计；

信道估计选取模块，用以从多个分段信道估计中选取能量最大的分段信道估计；

检测模块，用以根据本小区码道的实际信道估计和邻小区码道的能量最大的分段信道估计，计算组合信道响应，进行联合检测。

可选的，在所述的联合检测系统中，本小区和邻小区的定时差异包括：邻小区超前本小区、或者邻小区滞后本小区。

可选的，在所述的联合检测系统中，所述信道估计等效模块根据本小区和邻小区的定时差异，获取邻小区码道的等效信道估计包括：

当邻小区超前本小区时，在邻小区码道的实际信道估计前后分别补零，获取邻小区码道的等效信道估计，其中，邻小区码道的实际信道估计后补零的个数等于超前的数值，邻小区码道的实际信道估计前补零的个数使得邻小区码道的等效信道估计维数为信道估计维数W的整数倍；

当邻小区滞后本小区时，在邻小区码道的实际信道估计前补零，获取邻小区码道的等效信道估计，其中，补零的个数等于滞后的数值。

可选的，在所述的联合检测系统中，所述信道估计分段模块对等效信道估计进行分段包括：以信道估计维数W为步长对等效信道估计进行分段。

可选的，在所述的联合检测系统中，所述信道估计维数W等于16。

可选的，在所述的联合检测系统中，所述检测模块计算组合信道响应，进行联合检测包括：利用数学模型e=A·d+n计算组合信道响应，进行联合检测，其中，A表示组合信道响应，d表示码道上承载的数据，n表示噪声。

在本发明提供的联合检测方法及系统中，对等效信道估计进行分段，获取多个分段信道估计；从多个分段信道估计中选取能量最大的分段信道估计；根据本小区码道的实际信道估计和邻小区码道的能量最大的分段信道估计，计算组合信道响应，进行联合检测，即用于联合检测的邻小区的信道估计是包含信息量最大的一段信道估计，从而避免了现有技术中由于对邻小区信道估计的有效抽头强制截断而往往不能得到信息量最大的一段信道估计，进而导致联合检测性能差的问题。由此，通过本发明提供的联合检测方法及系统提高了联合检测的性能。

附图说明

图1是TD-SCDMA基带数据的模型示意图；

图2是图1所示的TD-SCDMA基带数据的直观示意图；

图3是相关矩阵的特性示意图；

图4是本发明实施例的联合检测方法的流程示意图；

图5是本发明实施例的联合检测系统的框结构示意图；

图6是本发明实施例的联合检测方法中获取的等效信道估计的直观示意图；

图7是本发明实施例的进行联合检测的信道估计的直观示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的联合检测方法及系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图4，其为本发明实施例的联合检测方法的流程示意图。如图4所示，所述联合检测方法包括：

S40：进行信道估计，获取每个小区码道的实际信道估计；

S41：根据本小区和邻小区的定时差异，获取邻小区码道的等效信道估计；

S42：对等效信道估计进行分段，获取多个分段信道估计；

S43：从多个分段信道估计中选取能量最大的分段信道估计；

S44：根据本小区码道的实际信道估计和邻小区码道的能量最大的分段信道估计，计算组合信道响应，进行联合检测。

相应的，本实施例还提供一种联合检测系统，请参考图5，其为本发明实施例的联合检测系统的框结构示意图。如图5所示，所述联合检测系统包括：

信道估计计算模块50，用以进行信道估计，获取每个小区码道的实际信道估计；

信道估计等效模块51，用以根据本小区和邻小区的定时差异，获取邻小区码道的等效信道估计；

信道估计分段模块52，用以对等效信道估计进行分段，获取多个分段信道估计；

信道估计选取模块53，用以从多个分段信道估计中选取能量最大的分段信道估计；

检测模块54，用以根据本小区码道的实际信道估计和邻小区码道的能量最大的分段信道估计，计算组合信道响应，进行联合检测。

在本实施例提供的联合检测方法及系统中，对等效信道估计进行分段，获取多个分段信道估计；从多个分段信道估计中选取能量最大的分段信道估计；根据本小区码道的实际信道估计和邻小区码道的能量最大的分段信道估计，计算组合信道响应，进行联合检测，即用于联合检测的邻小区的信道估计是包含信息量最大的一段信道估计，从而避免了现有技术中由于对邻小区信道估计的有效抽头强制截断而往往不能得到信息量最大的一段信道估计，进而导致联合检测性能差的问题。由此，通过本实施例提供的联合检测方法及系统提高了联合检测的性能。

具体的，所述本小区和邻小区的定时差异包括：邻小区超前本小区、或者邻小区滞后本小区。其中，邻小区超前本小区与邻小区滞后本小区是两个相对的概念，在本实施例中，以邻小区滞后本小区为例进行具体说明。而关于邻小区超前本小区的情况，本领域技术人员根据本实施例公开的内容，进行相应处理即可。

在本实施例中，首先通过信道估计计算模块50进行信道估计，获取每个小区码道的实际信道估计。具体的，信道估计计算模块50可通过现有的各种信道估计方法对每个小区进行信道估计，所述信道估计方法例如LS估计方法、LMMSE估计方法等，所述每个小区包括本小区及邻小区，从而获取每个小区码道的实际信道估计，即获取本小区及邻小区码道的实际信道估计。

在获取了每个小区码道的实际信道估计之后，接着，通过信道估计等效模块51根据本小区和邻小区的定时差异，获取邻小区码道的等效信道估计。具体的，当邻小区超前本小区时，在邻小区码道的实际信道估计前后分别补零，获取邻小区码道的等效信道估计，其中，邻小区码道的实际信道估计后补零的个数等于超前的数值，邻小区码道的实际信道估计前补零的个数使得邻小区码道的等效信道估计维数为信道估计维数W的整数倍；当邻小区滞后本小区时，在邻小区码道的实际信道估计前补零，获取邻小区码道的等效信道估计，其中，补零的个数等于滞后的数值。

在本实施例中，以邻小区滞后本小区为例，由此得到的等效信道估计的直观示意图可相应参考图6。在图6中，本小区码道排列在前，邻小区码道排列在后，ΔT为邻小区相对本小区的定时滞后值。根据邻小区和本小区的定时差异调整了邻小区信道估计后，邻小区的信道估计可以等效表示为即邻小区码道的等效信道估计表示为其中，h^(k)前补零的个数等于ΔT。

在获取了邻小区码道的等效信道估计之后，接着通过信道估计分段模块52对等效信道估计进行分段，获取多个分段信道估计。具体的，以信道估计维数W为步长对等效信道估计进行分段，优选的，所述信道估计维数W等于16。在此，利用步长W对等效信道估计进行分段，由此，得到多个分段信道估计，其中，除了最后一个分段信道估计之外，每个分段信道估计中的数据数量为W；最后一个分段信道估计中的数据数量为等效信道估计中的数据数量除以W后的余数。

在获取了多个分段信道估计之后，接着，通过信道估计选取模块53从多个分段信道估计中选取能量最大的分段信道估计。在此，主要通过现有的信道能量获取方法获取每个分段信道估计中的能量，然后将多个分段信道估计中的能量进行比较，选出能量最大的分段信道估计。

在对邻小区进行了上述操作，获取了每个邻小区码道的能量最大的分段信道估计之后，接着，通过检测模块54根据本小区码道的实际信道估计和邻小区码道的能量最大的分段信道估计，计算组合信道响应，进行联合检测。此点可通过现有技术予以实现，即在得到了能够进行联合检测的信道估计之后，便可通过现有技术利用这些信道估计进行联合检测。所述联合检测可利用数学模型e=A·d+n计算组合信道响应，其中，A表示组合信道响应，d表示码道上承载的数据，n表示噪声。此点为现有技术，本申请对此不再赘述。在此，进行联合检测的信道估计可参考图7。其中，图7的模型保留了系统矩阵的基本结构，而只是将待检测信号中邻小区的数据进行了偏移，既不会改变联检的实现复杂度，也保证了邻区数据可以参与联检从而提升检测性能。

综上，在本实施例提供的联合检测方法及系统中，通过对等效信道估计进行分段，获取多个分段信道估计；从多个分段信道估计中选取能量最大的分段信道估计；根据本小区码道的实际信道估计和邻小区码道的能量最大的分段信道估计，计算组合信道响应，进行联合检测，即用于联合检测的邻小区的信道估计是包含信息量最大的一段信道估计，从而避免了现有技术中由于对邻小区信道估计的有效抽头强制截断而往往不能得到信息量最大的一段信道估计，进而导致联合检测性能差的问题。由此，通过本实施例提供的联合检测方法及系统提高了联合检测的性能。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种联合检测方法，其特征在于，包括：

进行信道估计，获取每个小区码道的实际信道估计；

根据本小区和邻小区的定时差异，获取邻小区码道的等效信道估计，其中本小区和邻小区的定时差异包括：邻小区超前本小区、或者邻小区滞后本小区；根据本小区和邻小区的定时差异，获取邻小区码道的等效信道估计包括：

当邻小区超前本小区时，在邻小区码道的实际信道估计前后分别补零，获取邻小区码道的等效信道估计，其中，邻小区码道的实际信道估计后补零的个数等于超前的数值，邻小区码道的实际信道估计前补零的个数使得邻小区码道的等效信道估计维数为信道估计维数W的整数倍；

当邻小区滞后本小区时，在邻小区码道的实际信道估计前补零，获取邻小区码道的等效信道估计，其中，补零的个数等于滞后的数值；

对等效信道估计进行分段，获取多个分段信道估计；

从多个分段信道估计中选取能量最大的分段信道估计；

根据本小区码道的实际信道估计和邻小区码道的能量最大的分段信道估计，计算组合信道响应，进行联合检测。

2.如权利要求1中的任一项所述的联合检测方法，其特征在于，对等效信道估计进行分段包括：以信道估计维数W为步长对等效信道估计进行分段。

3.如权利要求2所述的联合检测方法，其特征在于，所述信道估计维数W等于16。

4.如权利要求1所述的联合检测方法，其特征在于，计算组合信道响应，进行联合检测包括：利用数学模型e＝A·d+n计算组合信道响应，进行联合检测，其中，A表示组合信道响应，d表示码道上承载的数据，n表示噪声。

5.一种联合检测系统，其特征在于，包括：

信道估计计算模块，用以进行信道估计，获取每个小区码道的实际信道估计；

信道估计等效模块，用以根据本小区和邻小区的定时差异，获取邻小区码道的等效信道估计；

信道估计分段模块，用以对等效信道估计进行分段，获取多个分段信道估计；

信道估计选取模块，用以从多个分段信道估计中选取能量最大的分段信道估计；

检测模块，用以根据本小区码道的实际信道估计和邻小区码道的能量最大的分段信道估计，计算组合信道响应，进行联合检测；

其中，本小区和邻小区的定时差异包括：邻小区超前本小区、或者邻小区滞后本小区；根据本小区和邻小区的定时差异，获取邻小区码道的等效信道估计包括：

当邻小区超前本小区时，在邻小区码道的实际信道估计前后分别补零，获取邻小区码道的等效信道估计，其中，邻小区码道的实际信道估计后补零的个数等于超前的数值，邻小区码道的实际信道估计前补零的个数使得邻小区码道的等效信道估计维数为信道估计维数W的整数倍；

当邻小区滞后本小区时，在邻小区码道的实际信道估计前补零，获取邻小区码道的等效信道估计，其中，补零的个数等于滞后的数值。

6.如权利要求5中的任一项所述的联合检测系统，其特征在于，所述信道估计分段模块对等效信道估计进行分段包括：以信道估计维数W为步长对等效信道估计进行分段。

7.如权利要求6所述的联合检测系统，其特征在于，所述信道估计维数W等于16。

8.如权利要求5所述的联合检测系统，其特征在于，所述检测模块计算组合信道响应，进行联合检测包括：利用数学模型e＝A·d+n计算组合信道响应，进行联合检测，其中，A表示组合信道响应，d表示码道上承载的数据，n表示噪声。