CN1092460C - 接收方法和接收机 - Google Patents

Abstract

一种用于蜂窝无线电系统的接收方法和接收机，所述接收机包括用来测量每个接收信号的功率电平的装置(23)。为了以更好方式检测接收信号，本发明的接收机包括用来把信号分成每组至少包括两个信号的若干组的装置(26)，以及用来从同时接收的传输信号中检测每组中的信号的装置(30，35，40)。

Description

接收方法和接收机

本发明涉及一种在蜂窝无线系统中的接收方法，在这种系统中，接收机测量每个被接收信号的功率电平。

设计和实施数据传输系统的中心问题是从几个用户同时发送和接收信号使得彼此有尽可能小的互相干扰。因为这一问题以及所用的传输容量，一直使用着各种传输协议和多址联接方法，特别是在移动电话通信中，最通用的是FDMA和TDMA，还有最近的CDMA。

CDMA是一种基于扩频技术的多址联接方法，近来在蜂窝无线系统中除以前使用的FDMA和TDMA之外，这种方法也已付诸使用。CDMA比以前的方法具有许多优点，例如频率设计简单以及高的频谱效率。

在CDMA方法中，用户的窄带数据信号被利用比该数据信号宽得多的带宽的扩频码相乘成相当宽的带宽。在已知的试验系统中使用的带宽包括例如1.25MHz，10MHz以及25MHz。这相乘的扩频数据信号在所用的整个带宽上展开。所有用户在同一频带上同时传输。在基站和移动站之间的每一连接上使用不同的扩频码，根据用户的扩频码在接收机中识别彼此用户的信号。如果可能，扩频码用这种方式选择，即使得它们互相正交，即彼此互不相关。

在常规实现的CDMA接收机中的相关器用一种根据扩频码进行识别的所需的信号同步。在这种接收机中，借助于和用在发送步骤中相同的扩频码相乘数据信号使数据信号恢复为原来的带宽。理想的情况是，被某些另外的扩频码相乘过的信号不相关，并且不能恢复为该窄的带宽。从所需信号的观点看来，它们因而作为噪声出现。其目的在于从若干干扰信号当中检测出所需的用户的信号。在实际上，扩频码是相关的，并且其它用户的信号由于使被接收信号发生失真使得检测所需信号更加困难。这种用户彼此产生的干扰被称为多址联接干扰。

在应用TDMA多址联接  方法的数据传输方法中使用几个频率，每个频率被分为在其中发送不同用户的信号的一些时隙，这样，每个用户被指定其自己的时隙。因为为该系统保留的频带通常是受限制的，所以使用的频率必须在以某一距离分布的网孔中被重复。为了实现高的频率效率，所述距离必须尽量地短。因此，以同一频率发出的传输互相干扰。在某一时隙中，在接收机中不仅能听到所需信号，而且也能听到噪声信号，该噪声信号是由使用同一频率的某些其它的连接引起的。

上述结合CDMA描述的单频率检测方法不是最佳的，因为在这种检测中未考虑在其它用户的信号中所含的信息。此外，常规检测不能纠正由局部非正交扩频码以及在无线电通路上的信号失真引起的差错。在一种最佳的接收机中，考虑了在所有用户的信号中包含的信息，因而可使用例如维特比(Viterbi)算法最佳地检测信号。这种检测方法例如在CDMA系统中的优点在于，在接收机中的情况类似于单用户的CDMA系统，其中没有多址连接干扰。例如，不存在作为CDMA系统中典型问题的远近问题。远近问题是这样一种情况，接近接收机的发送机发出的传输覆盖较远距离的发送机。维特比算法的主要缺点在于，它要求的计算效率随用户数量的增加而呈指数地增加。例如，用QPSK调制，用100Kbit/s的比特速率的10个用户系统在计算维特比算法中将要求每秒105百万次操作。在实际上，这使得实现最佳的接收机成为不可能的。

不过，用不同的方法可以近似实现一种最佳的接收机。现有技术提出了用于同时多个用户检测(MUD)的几种方法。这些方法中最熟悉的是线性多用户检测，去相关检测器和多级检测器。这些方法在下列文献中详细描述了：Varanase，Aazhang，‘Multistage detectionfor asyn chronous Code division multiple access Communications’IEEETransactions on Commwnicatrons，Vol，38，PP.509-519，Apr 1990；Lupas，Verdu，″Linear muwltiuser detectors for syn chronous Code-divi-sion multiple aaess channels，’IEEE Trovnsactions on Information Theo-ry，Vol.35，No.1，PP.123-136，Jan 1989；Lnpas，Verdn，‘Near-far resistance of multiuser detectors in asynchronous Channels’IEEETransactions on Communications，Vol.38，Apr 1900。然而，这些方法也涉及许多操作，例如要求高计算能力的短阵逆变换运算。

解决由多址连接干扰引起的问题的另一种途径是使用干扰消除(IC)方法。在IC型解决途径中，用户被单个地检测，如果可能，通常按照大小的顺序这样检测，使得在下一个用户被检测之前，从接收到的传输中消除已经检测了的用户的信号的影响。这种类型的例子在EP 491,668中描述了，其中在CDMA蜂窝无线电系统中使用了上述的类型的方法。就计算而言，噪声消除法比MUD型算法更为有效，但其性能较低，尤其是在难于接收的条件下，例如在多径衰减径信道中，其中信号通常是很弱的。

本发明的目的在于提供一种方法，用这种方法被接收的信号即使在多址连接干扰的情况下也能以有利的方式进行检测而不需大量的计算。

这一目的是用前言中所述类型的方法实现的，所述方法的特征在于，被接收的信号被分成几个组，每个组至少包括两个信号，并在每个组中，同时从被接收的传输中检测信号。

本发明还涉及一种用于蜂窝无线电系统中的接收机，所述接收机包括用于测量每一被接收信号的功率电平的装置。本发明的接收机的特征在于，用来把被接收的信号分成几个组的装置，每组至少包括两个信号，以及用来从被接收的传输中同时检测每组中的信号的装置。

本发明的方法借助于彻底地减少计算而牺牲极小的性能，组合噪声消除方法和同时多用户检测方式的优点。

下面参照附图详细说明本发明的例子。其中，

图1是应用本发明的方法的蜂窝网络的例子；

图2是表示本发明中接收机的结构的方块图；

图3是按照本发明的接收机的噪声消除系统的结构的方块图；以及

图4是按照本发明的接收机的噪声消除系统的另一种结构的方块图。

本发明的方法尤其适用于CDMA蜂窝无线电系统，但也可用于具有同信道干扰问题的TDMA系统，本发明可应用于基站和用户终端。下面详细说明本发明应用于CDMA蜂窝无线电网络的基站中的情况，但本发明并不限于此。

图1说明可应用本发明的方法的蜂窝无线电系统的一部分。在蜂窝无线电网络中，每个单元至少包括一个基站10，它和位于其区域内的用户终端11-18通信。此处涉及的网络假定是一种CDMA无线电网络。所有的终端设备以同一频率向基站10发送，基站10根据终端设备的扩频码识别来自不同终端设备的发送。如上所述，终端设备的信号互相干扰。干扰量可以根据这些信号的相互交叉相关水平进行估算。在接收机中测量在接收每一单个信号时出现的功率电平。在功率测量中所得的结果被例如在功率调节时利用。

在本发明的方法中，被接收的信号被分成组，每组至少包括两个最好包括3个至10个不同信号。在每组内，借助于由同时多用户检测提供的检测算法从同时接收的传输中检测信号。

在本发明的优选实施例中，根据接收信号的初步的功率测量把信号分成组：接收到的最高功率的信号被放在一组内，接收到的较低功率的信号被放在另一组内，这样，每组就包括近似相同功率的接收信号。这一划分是容易进行的，因为功率调节总要进行信号的功率测量。

本发明的另一实施例中，根据相互交叉相关估算把信号分成组，此处互相干扰的信号最可能被放于同一组内，从消除干扰的观点看来，这是有效的，因为同时多用户检测方法有效地消除了相互相关。然而，这要求被接收信号用在传输中包含的所有信号进行交叉相关估算。如果大量信号被接收，则所需的计算次数就大大地增加。估算信号之间的交叉相关的一个方法是根据信号的代码、代码状态以及通道参数计算相关估算。这样所需的计算数量会小一些。

在本发明的方法中，可借助于公知的算法实现一组内的信号的同时检测。用来再生以及提取检测信号的方法也可以按需要选择。利用本发明所达到的优点在于，根据是什么负载以及所需的参数估算的可靠程度，即使在动态下，也可以按照具体应用选择系统特定参数和方法。在每一特定情况下的最好的实现取决于需要和方法。例如，当被接收的信号的数量不大时，就可以根据交叉相关估算把信号分组，但当信号数量上升时，则可以根据接收到的功率开始划分信号。此外，当该方法应用于不同的设备时，可以使用不同的算法。尤其是在无线电话应用中，噪声消除方法以及基站和用户终端的需要是非常不同的。

在本发明的优选实施例中，信号组被连续地检测，从而使得包含最高功率电平的信号的组被首先检测到。在检测之后，从接收到的传输中进行信号的再生和提取。这样便可以消除已经检测到的信号对其它信号的干扰。然后检第二个最强组，并在下一组被检测之前从接收的传输中同样地提取其结果。继续进行相同的步骤，处理朝向最弱组进行，直到所有的组和信号都被检测到为止。

在图1的例子中，设基站10这样进行分组：把用户终端11，13和15放在第一组，终端设备12，16和18放在第二组，终端设备14和17放在第三组。由其接收功率给出最大和的组开始，接着按大小顺序对组进行检测。设这最强的组包括来自终端设备11，13和15的信号。利用一种选择的算法从接收到的传输中同时检测该组的信号。然后从接收到的传输中对检测到的信号进行再生和提取。然后检测第二最强组，该组是含有来自终端设备12，16和18的信号的一个组。从已被检测的信号的干扰已被提取的传输中检测信号。如上所述，被检测的信号从被接收的传输中提取，然后，检测包含来自终端设备14和17的信号的剩余的组。

在本发明的最佳实施例中，信号组并联地被检测。一个组的检测不象前一实施例那样依赖于另一组的检测。

如上所述，设图1中的基站10这样划分组：把用户终端11，13和15放在第一组，终端设备12，16和18放在第二组，而终端设备14和17放在第三组。在本发明的另一实施例中，所有三个组互相独立地并联地被检测。这些组可被同时检测，但对本实施例这并不是重要的。

利用本发明的方法，在检测接收到的传输中所需的计算可以被显著地减少。例如，从匹配的滤波器的输出中检测15个用户，解相关检测器大约需要15³＝3375次乘法运算，而分成三组则仅需要大约3×5³＝375次乘法运算，即所需的计算几乎减少到九分之一。利用维特比算法，甚至更能节省，因为其复杂性随用户的数量指数地增加。

图2是说明按照本发明的接收机结构的方块图。本发明的接收机包括天线20，通过它使被接收的信号耦合到无线电频率(RF)部分21。从无线电频率部分中，通过A/D转换器22把信号供给装置23，它通过对收到的传输进行初步功率测量进行预处理，根据测量结果可把接收到的信号划分为组。接收机也包括用来检测接收信号的装置24。从检测装置获得的信号25进而被送到接收机的其它部分。接收机还包括控制装置26，它控制上述部分的操作。

图3是详细说明按照本发明的最佳实施例的接收机的检测器方块的总体结构的方块图。检测器方块接收被接收传输的输入，其中包括所有被接收用户的信号。设来自用户的信号总数为N，并把信号分为每组具有M个信号的K组。实际上，在某组中的信号数不必相同。检测器方块包括装置30，用来同时检测属于第一组的信号。被检测的信号32，它包括第一个M个用户的信号，被输出进行预处理，并被输入到装置31，在其中被检测的信号被再生以便进行干扰消除。被接收的传输通过延迟电路33输入到加法器34，从中提取再生装置31的输出。属于第一组的信号对其它信号的干扰这样便被消除了。相应地，检测器方块包括装置35，用于第二组信号的同时检测，还包括用于再生被检测信号37的装置。在第二组中，检测的信号包括下一组M个用户的信号。接收机还包括加法装置39，借助于加法装置39，通过延迟电路38从提供给加法器39的传输中提取再生信号。检测器方块包括用来检测所有K个组的相应的装置。在最后一个检测器40中，检测剩余的组；属于这一组的检测信号41不需要再生，但可供用于接收机中的进一步处理。

当涉及CDMA接收机时，每个检测器装置30，35和40在本发明的一个最佳实施例中包括瑞克(RAKE)接收机，以及和要被检测的信号的扩频码相匹配的滤波器，在接收机中，用于预处理信号的方块23可用多种方式实现。一个另外的方式是在接收处理开始时利用检测器方块的匹配滤波器；匹配滤波器进行初步的功率测量，在测量的基础上，将信号初步划分为组，在此之后，测量可以被反复地精确测定。

图4是说明按照本发明的另一实施例的接收机的检测器方块的总体结构的方块图。检测器方块接收包括所有被接收用户的信号的被接收传输的输入。如上所述，设来自用户的信号的总数为N，并且把信号分为每组具有M个信号的K组。在实际上，在每组中的信号数不必相等。检测器方块包括装置30，35，40，用来检测信号组。这些装置并联连接，使得所有装置置接收同一被接收传输的输入。每个装置通过同时检测组的信号检测预定的信号组。例如，设装置30检测第一组，装置35检测第二组，装置40检测第K组。包括第一组M个用户信号的被检测信号32被提供用于进一步处理。被检测的信号37，40以同一方式被处理。因为信号组被并联地检测，其检测不相互依赖。

虽然本发明参照附图所示的例子进行了说明，应当理解本发明并不限于此，而是可以在权利要求披露的构思内以多种方式进行修正。例如，本发明的方法也可以在多级接收机或其它类型的接收机的前置级中被使用。

Claims (14)

1.一种用于蜂窝无线电系统的接收方法，其中接收机测量每个接收信号的功率电平，其特征在于，所接收的信号被分成多个组，每组至少包括两个信号，并且在每组中，考虑到该组中信号之间的干扰，通过利用同时多用户检测，将所述的信号从接收的传输中同时检测出来。

2.如权利要求1的方法，其特征在于，每组被连续地检测，并且已经检测过的组的信号在下一组被检测之前从接收的传输中被再生和提取。

3.如权利要求1的方法，其特征在于，所述的组并行地被检测。

4.如权利要求2的方法，其特征在于，所述的组被连续地检测，使得包含具有最高接收功率电平的信号的组被首先检测。

5.如权利要求1的方法，其特征在于根据接收的功率电平把接收的信号分成组。

6.如权利要求1的方法，其特征在于，根据相互交叉相关程度把接收信号分成组，使得最互相干扰的信号被放在同一组内。

7.如权利要求1的方法，其特征在于，接收的信号由多个用户提供。

8.如权利要求1的方法，其特征在于，接收的信号由一个并且是同一个用户提供。

9.如权利要求1的方法，其特征在于，所述蜂窝无线电系统使用CDMA多址联接的方法。

10.如权利要求1的方法，其特征在于，所述蜂窝无线电系统使用TDMA多址联接的方法。

11.一种用于蜂窝无线电系统的接收机，包括用于测量每一接收信号的功率电平的装置(23)，其特征在于，还包括用于把接收信号划分为每组至少包括两个信号的多个组的装置，以及考虑到该组中信号之间的干扰，通过利用同时多用户检测，将所述的信号从接收的传输中同时检测出来的装置(30，35，40)，装置(30，35，40)在操作上串联连接。

12.如权利要求11的接收机，其特征在于，还包括用于再生的装置(31，36)，以及用于在下一组被检测之前从接收的传输信号中提取已被检测的组的信号的装置(34，39)。

13.如权利要求11的接收机，其特征在于，装置(30，35，40)可以用于连续地检测所述的组，使得包括具有最高接收功率电平的信号的组被首先检测。

14.如权利要求11的接收机，其特征在于，装置(30，35，40)还可以以并行的方式检测所述组。

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