CN104660300A - 时分同步码分多址接收机及联合检测方法 - Google Patents

时分同步码分多址接收机及联合检测方法 Download PDF

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Abstract

一种时分同步码分多址接收机及联合检测方法。时分同步码分多址接收机包含联合检测器，其用于接收来自收发器的输入信号；分析该输入信号以确定是否有一个或多个邻近小区与服务小区一并被使用；确定包含所有编码信道的第一矩阵以构建信道矩阵，其中该所有编码信道包含与该一个或多个邻近小区相关的编码信道；确定该第一矩阵的元素的功率水平；以及通过重新排列该第一矩阵的元素，使用被最小化的选择性比率，以有效控制该联合检测器的位宽，其中该第一矩阵的元素是依据该第一矩阵每一列功率水平按照下降或者上升的顺序来被重新排列。本发明能够实现较小硬件位宽需求的联合检测，从而节省尺寸和功率消耗，并且能够利用较高的时钟频率。

Description

时分同步码分多址接收机及联合检测方法
技术领域
本发明有关于时分同步码分多址(Time Division-Synchronous Code DivisionMultiple Access，TD-SCDMA)技术，且特别有关于TD-SCDMA接收机及其相关的联合检测方法。
背景技术
TD-SCDMA是由中国无线通信标准组织(China Wireless TelecommunicationStandards group,CWTS)提出并在1999年获得国际电信联盟(InternationalTelecommunications Union，ITU)通过的无线通信技术。中国通讯技术协会(Chinese Academy of Telecommunications Technology,CATT)和西门子(Siemens)公司正在开发此项技术。TD-SCDMA利用了时分双工(Time Division Duplex，TDD)模式，所述模式在同一频率信道的不同时隙传输上行链路(从移动终端到基站的链路)与下行链路(从基站到移动终端的链路)信号。这就意味着上行及下行链路的频谱可依据传输信号的类型来灵活分配。当基站输出像互联网、电子邮件业务这种不对称数据时，下行链路将使用比上行链路更多的时隙。而针对像电话这种对称业务，时隙则会于上行链路及下行链路之间平均分配。在TD-SCDMA系统中，对于多小区的联合检测来说，其软硬件实现的位宽显得非常重要，如果能得到较小的位宽，不仅能节省尺寸和功率消耗，还可以使其能够利用较高的时钟频率。
发明内容
有鉴于此，特提供以下技术方案：
一种时分同步码分多址接收机，包含：联合检测器，用于接收来自收发器的输入信号；分析该输入信号以确定是否有一个或多个邻近小区与服务小区一并被使用；确定包含所有编码信道的第一矩阵以构建信道矩阵，其中该所有编码信道包含与该一个或多个邻近小区相关的编码信道；确定该第一矩阵的元素的功率水平；以及通过重新排列该第一矩阵的元素，使用被最小化的选择性比率，以有效控制该联合检测器的位宽，其中该第一矩阵的元素是依据该第一矩阵每一列功率水平按照下降或者上升的顺序来被重新排列。
一种联合检测方法，用于与时分同步码分多址接收机相关联的编码信道，所述联合检测方法包含：从收发器接收输入信号；分析该输入信号以确定是否有一个或多个邻近小区与服务小区一并被使用；确定包含所有编码信道的第一矩阵以构建信道矩阵，其中该所有编码信道包含与该一个或多个邻近小区相关的编码信道；确定该第一矩阵的元素的功率水平；以及通过重新排列该第一矩阵的元素，使用被最小化的选择性比率，以有效控制该联合检测器的位宽，其中该第一矩阵的元素是依据该第一矩阵每一列功率水平按照下降或者上升的顺序来被重新排列。
所述时分同步码分多址接收机以及联合检测方法能够实现较小位宽需求的联合检测，从而节省尺寸和功率消耗，并且能够利用较高的时钟频率。
附图说明
图1是本发明一个实施例的示意图。
图2是根据本发明的TD-SCDMA简略模型的示意图。
图3是联合检测器确定信道矩阵V中元素的操作流程图。
图4是根据本发明的信道矩阵T的排列的示意图。
具体实施方式
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属技术领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求项中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。此外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。
本发明提出一种新颖的利用联合检测器来联合检测信号的技术，所述信号来自于可能有同等功率水平的服务小区(serving cell)或其邻近小区(neighboringcell)。所述联合检测器利用了一种新颖的方案，即，通过重新排列(reorder)矩阵V来处理来自于邻近小区和服务小区的信号，以减少一般状况下的位宽需求。
图1是本发明一个实施例的示意图。TD-SCDMA系统应用了普遍频率复用(Universal Frequency Reuse这是一个专业名词)方案，即邻近小区8可以立即重用服务小区6中使用的射频载波的频率。由于上述原因，手机1、2可以接收服务小区信号与邻近小区信号的叠加信号。来自于邻近小区8的信号也具有可与来自于服务小区6的信号相比的功率水平。
图2是根据本发明的TD-SCDMA简略模型12的示意图。如图2所示，数据符号向量d与来自于信道1至N的数据符号一并被提供。数值V1…VN是矩阵V中的元素，矩阵V可用来定义信道矩阵T，后文将详细描述。第一加法模块18将数值V1…VN结合，并提供输出信号10给第二加法模块20。值得注意的是，输出信号10已由发射机处理并被传输给TD-SCDMA接收机，并在随后被传输到第二加法模块20。第二加法模块20将输出信号10与噪声向量n相加，其中噪声向量n用来定义TD-SCDMA接收机接收到的加性高斯白噪声(AdditiveWhite Gaussian Noise,AWGN)中的噪声。第二加法模块20提供输出信号r至联合检测器14与信道估计器16。信道估计器16提供输出信号11至联合检测器14，输出信号11携带的信息可辅助联合检测器14来构建(formulate)信道矩阵T。联合检测器14接收输入信号r，执行必要的处理来构建估计数据符号向量并且用所述新颖的方案重新排列矩阵V。所述矩阵V包含能够减少联合检测器的位宽需求的一个排列(arrangement)，因此，所述重新排列矩阵V的方案允许联合检测器14在较小的位宽情况下正常运行。
图3是联合检测器14确定信道矩阵V中元素的操作流程图22，其中矩阵V被利用所述新颖的方案重新排列。如步骤24所示，提供信道估计器的结果以进行激活中间码检测(Active Midamble Detection,AMD)与激活码道检测(ActiveCode Channel Detection,ACD)。如步骤26所示，AMD运行并分析所述信道估计器的结果来产生与从收发机传出的接收信号(received signal)相关联的矩阵V。所述接收信号的中间码段提供信息来生成矩阵V。如步骤28所示，ACD分析所述信道估计器的结果来分别确定矩阵V中的V1…VN的幅度调整比例因子(scaling factor)与功率水平(power level)。如步骤30所示，联合检测器通过接收来自于AMD与ACD的信号来运行激活信道码选择(Active Code Selection，ACS)从而生成适合的矩阵V，矩阵V在后续过程中用来确定适合的信道矩阵T。另外，如步骤32所示，联合检测器更利用AMD来确定一个或多个邻近小区。此外，如步骤34所示，接收机更对矩阵V进行比率分析(ratio analysis)来找出矩阵V中元素的最佳排列，从而产生较小的位宽。如步骤36所示，所述比率分析可以用来排列矩阵V的元素，从而使其能定义具有较小位宽的联合检测。所述比率分析被最小化以确定用来构成矩阵V所必需的矩阵元素的最佳排列。
随后，矩阵V可用来生成拥有较小位宽需求的信道矩阵T，实现对TD-SCDMA接收机接收的数据符号的更佳估计，其中接收的数据来自于服务小区与邻近小区。所述联合检测器构建的矩阵V与信道矩阵T都是满秩(full rank)矩阵，且矩阵V对小的逼近误差(approximation error)不敏感。所述方案利用特定的参数和关系来减小位宽的需求，从而提高了联合检测的效率。
所述输出信号r有如下的矩阵关系：
r＝Td+n   (1)
其中矩阵T定义为信道矩阵，向量d定义为与输入数据符号关联的向量。矩阵V与矩阵T在ACD与AMD后拥有的结构如图4所示。
所述方案可利用最小均方误差(Minimum Mean Squared Error，MMSE)联合检测的方法，定义如下：
( T H T + σ 2 I ) d ^ MMSE = T H r - - - ( 2 )
其中用来定义由联合检测器输出的估计数据符号向量。
很多时候，也可以用迫零检测(Zero-Forcing JD，ZF-JD)来取得的更佳近似值，其定义如下：
( T H T ) d ^ ZF = T H r - - - ( 3 )
其中定义为用迫零检测取得的估计数据符号向量。
实施联合检测的一个需要考虑的因素是位宽，对于多小区联合检测来说，位宽显得更加重要。较小的位宽不仅能节省尺寸和功率消耗，还能够允许较高的时钟频率。
本发明的目的之一即为实现具有较小位宽需求的有效的联合检测算法。尤其是，本发明的方案可利用一个选择性比率(后面将会讨论)来评估排列矩阵V的元素，其中所述选择性比率利用了乔里斯基分解(Cholesky decomposition)中的特性，定义如下：
A＝LDLH   (4)
其中L是对角线上值全为1的下三角矩阵，D是正对角矩阵，另外比率可以用来确定联合检测算法的效率。值得注意的是，Di不一定是矩阵A的特征值。
因此，通过最小化的比率可实现较小位宽需求的联合检测。按照上升的顺序(||Vi||2≤||Vk||2if k＞i.)安排矩阵V的元素，可获得更小的比率，其中所述顺序是依据产生的每一列的功率水平而定。在不考虑计算复杂度过高的状况下，依据每一列功率水平的下降或者上升的顺序重排矩阵V的元素是一种可行的方法。
对于乔里斯基分解(Cholesky decomposition)的另一形式A＝PPH，容易得出所以由1≥max(ai,i)＞0可自动得出|pi,k|≤1。
因此，本发明考虑到利用并最小化比率来使矩阵V拥有较小的位宽需求。基于所述比率的矩阵V的元素的重新排列在不占用巨大计算资源的情况下实现了高效的联合检测。
另外，所述新颖的联合检测从整体上提升了在较小位宽需求的情况下的比特误码率/误块率/吞吐率(BER/BLER/throughput)等方面的性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (18)

1.一种时分同步码分多址接收机，该时分同步码分多址接收机包含：
联合检测器，用于接收来自收发器的输入信号；分析该输入信号以确定是否有一个或多个邻近小区与服务小区一并被使用；确定包含所有编码信道的第一矩阵以构建信道矩阵，其中该所有编码信道包含与该一个或多个邻近小区相关的编码信道；确定该第一矩阵的元素的功率水平；以及通过重新排列该第一矩阵的元素，使用被最小化的选择性比率，以有效控制该联合检测器的位宽，其中该第一矩阵的元素是依据该第一矩阵每一列功率水平按照下降或者上升的顺序来被重新排列。
2.如权利要求1所述的时分同步码分多址接收机，其特征在于：该联合检测器分析该输入信号的中间码以生成该第一矩阵。
3.如权利要求1所述的时分同步码分多址接收机，其特征在于：该联合检测器利用激活码道检测来确定该第一矩阵的该元素的比例因子和功率水平。
4.如权利要求1所述的时分同步码分多址接收机，其特征在于：该联合检测器利用激活中间码检测来确定该一个或多个邻近小区。
5.如权利要求1所述的时分同步码分多址接收机，其特征在于：该联合检测器利用最小均方误差或者迫零检测法来确定估计数据符号。
6.如权利要求1所述的时分同步码分多址接收机，其特征在于：该第一矩阵由该联合检测器构建，且该第一矩阵与该信道矩阵都是满秩矩阵。
7.如权利要求1所述的时分同步码分多址接收机，其特征在于：该第一矩阵对小的逼近误差不敏感。
8.如权利要求1所述的时分同步码分多址接收机，其特征在于：该选择性比率利用了乔里斯基分解中的特性。
9.如权利要求1所述的时分同步码分多址接收机，其特征在于：该第一矩阵包含能够减少该联合检测器的位宽需求的一个排列。
10.一种联合检测方法，用于与时分同步码分多址接收机相关联的编码信道，该联合检测方法包含：
从收发器接收输入信号；
分析该输入信号以确定是否有一个或多个邻近小区与服务小区一并被使用；
确定包含所有编码信道的第一矩阵以构建信道矩阵，其中该所有编码信道包含与该一个或多个邻近小区相关的编码信道；
确定该第一矩阵的元素的功率水平；以及
通过重新排列该第一矩阵的元素，使用被最小化的选择性比率，以有效控制该联合检测器的位宽，其中该第一矩阵的元素是依据该第一矩阵每一列功率水平按照下降或者上升的顺序来被重新排列。
11.如权利要求10所述的联合检测方法，其特征在于：该分析该输入信号的步骤包含：
分析该输入信号的中间码以生成该第一矩阵。
12.如权利要求10所述的联合检测方法，其特征在于：该确定该第一矩阵的步骤包含：
确定该第一矩阵的该元素的比例因子和功率水平。
13.如权利要求10所述的联合检测方法，其特征在于：该分析该输入信号的步骤包含：
利用激活中间码检测来确定该一个或多个邻近小区。
14.如权利要求10所述的联合检测方法，其特征在于：该确定该第一矩阵的步骤包含：
利用最小均方误差或者迫零检测法来确定估计数据符号。
15.如权利要求10所述的联合检测方法，其特征在于：该确定该第一矩阵的步骤包含：
构建该第一矩阵，其中该第一矩阵与该信道矩阵都是满秩矩阵。
16.如权利要求10所述的联合检测方法，其特征在于：该第一矩阵对小的逼近误差不敏感。
17.如权利要求10所述的联合检测方法，其特征在于：该选择性比率利用了乔里斯基分解中的特性。
18.如权利要求10所述的联合检测方法，其特征在于：该第一矩阵包含能够减少该联合检测器的位宽需求的一个排列。
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