CN1108714C - 自适应接收设备 - Google Patents

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Abstract

k用户的自适应接收块2k分别产生第k用户第m通路的固有天线方向性模式的接收信号，各通路同时解调并相加得到第k个用户的解调信号并且为了形成各通路的方向性模式输出加权控制误差信号e′k1到e′km。加权控制误差合成电路3有选择地合成加权控制误差信号e′k1到e′km并输出合成加权控制误差信号ek1到ekm。合成关于各用户多通路的到达方向相临通路的加权控制误差信号，进行不合成关于到达方向分开的通路的加权控制误差控制。

Description

自适应接收设备
技术领域
本发明涉及一种通过天线方向性控制消除来自其它用户干扰的自适应接收设备，尤其是用于CDMA(码分多址)的自适应接收设备。
背景技术
在这种蜂窝移动通信系统中，来自其它用户的干扰和延迟波的干扰是决定接收质量的主要因数。人们想到通过使用自适应天线消除这些干扰的方法。另一方面，期望能有接受大量用户容量的CDMA方法作为一种无线传输方法而著名。当接收设备使用适用于CDMA方法的自适应天线时，建议一种利用扩展处理增益的方法。
按照惯例，CDMA的这种类型的自适应接收设备，例如，CommunicationEngineering Theory，卷J75-BII，第11期，第815-825页，1992年，Oh、Kohno和Imai的“一种用于频谱扩展多维连接的使用扩展处理增益的TDL自适应阵列天线”和通信工程技术报告，RCS96-102，1996年11月，Tanaka、Miki和Sawahashi的“判决DS-CDMA中反馈类相干自适应分集的特性”所指出的，通过利用在天线加权控制去载波后加权控制所采用的误差信号得到由于在自适应控制中的处理增益的SINR改进的影响。
图7是表示传统CDMA自适应接收设备一个例子的方框图，而图8是表示在图7的CDMA自适应接收设备中自适应接收第m通路的子块27m的方框图。这里，CDMA的自适应接收设备是在接收天线数为N(N是大于1的整数)、用户数为K(K是大于1的整数)和多通通路数为M(M是大于1整数)的情况下表示的。
每个由N片组成的接收天线11到1N接收请求波信号和大量码分复用的干扰波信号。接收天线11到1N排列得很近，以使每个接收信号彼此相关。第一加法器5将第1到第M通路的自适应接收子块271到27M的输出相加，并输出第k个用户的解调信号。判决电路6对第一加法器5进行硬判决，输出第k个用户的判决符号。
第m通路的自适应接收子块由加权合成电路7、第一延时电路10、去扩展电路11、解调电路12、第三复数乘法器15、错误检测电路16、第四复数乘法器17、第二延时电路18、第三延时电路19和天线加权控制电路20组成。
第m通路的自适应接收子块27m输入天线接收信号1到天线信号N和从判决电路6输出的输出值的第k个用户的判决符号。
加权合成电路7由第一复数乘法器81到8N和第二加法器9组成。由第m通路的固有天线方向性模式接收的信号通过将天线接收信号1到天线接收信号N与天线加权Wm1到天线WmN相乘并把它们相加产生。
第一延时电路10在相应于多通路而专门需要的请求波信号的通路延时的基础上延时从加权合成电路7输出的输出值。去扩展电路11计算加权合成电路7和k用户的扩展码Ck之间相关性。调制电路12由传输通路径估计电路13和第二复数乘法器14组成。去扩展电路11与传输估计输出的复数共轭相乘的输出值成为第m通路的自适应接收子块27m的输出。
第三复数乘法器15将k用户判决符号与传输通路径估计输出相乘。错误检测电路16计算第三复数乘法器15的输出值和去扩展电路11的输出值之间的差别，并且检测检测错误。第四复数乘法器17将判决错误与k-用户的扩展码Ck相乘，并产生加权控制错误符号。延时电路18在前面专门需要的请求信号的通路延时的基础上延时加权控制误差信号，以消除第一延时电路10的影响。
第三延时电路19根据加权合成电路7、去扩展电路11、解调电路12、错误检测电路16和类似电路的处理时间延时天线接收信号1到天线接收信号N。天线加权控制电路20从第二延时电路18的输出的加权控制误差信号和延时电路19的输出计算天线加权Wm1到WmN。
通过假设扩展码是由两个(2)部分成正交关系的码Ckl和码CkQ组成的复数码，去扩展电路11可以由一个复数乘法器和符号间隔的平均值电路来实现。而且，在假设Ck为抽头加权的情况下，去扩展电路11也可以由横向滤波器元件来实现。
在从N片的接收天线11到1N的接收信号中，包括请求接收波信号成分、干扰波信号成分和热噪声。而且，多通路成分分别存在于请求波信号成分和干扰波信号成分中。按照惯例，那些信号成分从不同方向到达。
图7和图8中所示的传统CDMA自适应接收设备，关于多通路成分独立准备第一到第M通路的自适应接收子块271到27M，并且在各加权合成电路7中进行接收信号的加权合成以使每个通路的信号成分的请求接收波信号对干扰波信号的功率比(SIR)达到最大值。结果，至于关于第一到第M通路的自适应接收子块271到27M的到达方向(方向性模式)的天线增益，它形成以使它相对通路信号成分的各自到达方向变大，并且相对其它延时波信号成分和干扰波信号成分变小。
在通路数很大的情况下，为了改进图7和图8所示的传统CDMA自适应接收设备的自适应控制特性的恶化，作者以前建议一种为每个用户所有通路加入加权控制误差的CDMA自适应接收设备。该CDMA自适应接收设备关于每个用户都准备一个加权合成电路，并且进行天线加权和天线接收信号的加权合成，以使为每个用户所有通路加入加权控制误差信号的合成加权控制误差信号为最小值。结果，每个用户形成一种方向性模式，天线增益相对于每个通路的信号成分的到达方向变大，并且它相对于干扰成分变小。因为这种方法给每个用户的所有通路加入加权控制错误信息，所以自适应控制的信息增加了，并且尽管在通路数很大的情况下它的自适应控制特性也是极好的。
因为图7和图8所示的传统CDMA自适应接收设备在每个通路的单元里独立使用误差信号并形成独立的方向性模式，所以在通路的误差信号功率较小的情况下，传输通路径估计误差的可靠性降低了。因此，在通路数很大的情况下，自适应控制特性恶化了，尤其是，当较小功率难以形成时，它成为通路方向性模式的难题。
作为解决该问题的方法，建议一种为上述每个用户所有通路加入加权控制错误的CDMA自适应接收设备，但同时结合请求波信号到达角度差异的多通路成分，因为波束的宽度加宽而且也并入了过多的干扰，所以在多通路到达角度差异很大的情况下，干扰抑制能力恶化。
而且，因为传统CDMA自适应接收设备为每个用户形成不同的方向性模式，所以问题是作为一个单元它难以进行接收用户大量信号的多用户接收。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种在大量通路从不同角度到达的情况下自适应控制特性和干扰抑制能力仍然很好的自适应接收设备。
本发明的另一个目的是提供一种能很容易实现多用户接收的自适应接收设备。
本发明的自适应接收设备形成-种同时并入从所有用户的所有多通通路中所给定结合的通路的模式，作为接收每个用户每个通路的方向性模式。
具体实施方式
尤其是，本发明的自适应接收设备包括第一到第K用户的自适应接收块(图1的21到2K)、每个用户的第一到第M通路的自适应接收子块(图2的41到4M)，和一个加权控制误差合成装置(图1的3)。
在本发明中，加权控制误差信号关于到达方向彼此相临的通路合成，并进行没有关于到达方向分开的通路的加权控制误差差异的控制。通过这些处理，自适应控制所能得到的信息量增加了，并且得到了极好的自适应控制特性和干扰抑制能力。而且，通路进行大量多用户的加权控制误差信号的合成的控制，多用户接收就很容易实现了。
本发明的这个和其它目的、特点和优点在读到下面详细的描述和附图时将变得更加明显，其中：
图1是表示根据本发明的自适应接收设备的实施例的方框图，
图2是表示根据本发明的自适应接收设备的第k个用户自适应接收块的方框图，
图3是表示根据本发明的CDMA自适应接收设备的第m通路的自适应接收子块的方框图，
图4是表示根据本发明的CDMA自适应接收设备的加权控制错误合成电路的一般形式的方框图，
图5是表示根据本发明的CDMA自适应接收设备的加权控制错误合成电路的另一个例子的方框图，
图6是表示根据本发明的CDMA自适应接收设备的加权控制错误合成电路的另一个例子的方框图，
图7是表示传统CDMA自适应接收设备一个例子的方框图，和
图8是表示传统CDMA自适应接收设备的第m通路的自适应接收子块的方框图。
图1是表示根据本发明的自适应接收设备的实施例的方框图。在图1中，复用的信号是码分复用符号，并且表示了由接收天线数为N(N是大于1的整数)、用户数为K(K是大于1的整数)和多通通路数为M(M是大于1整数)提供的自适应接收设备(CDMA)的自适应接收设备)。
根据图1，自适应接收设备由接收天线11到1N、第一到第K用户的自适应接收块21到2K和加权控制误差合成电路3组成。N片接收天线11到1N分别接收请求波信号和大量码分复用的干扰波信号。接收天线11到1N彼此安排得很近，以使每个接收信号彼此之间具有相关关系。
图2是表示第k个用户的自适应接收块2k的方框图，每个如图2所示的第一到第K个用户的K个自适应接收块21到2K，由第一到第M通路的自适应接收子块41到4M和第一加法器5和判决电路6组成。
第k个用户的自适应接收块2k的第一加法器5将自适应接收子块41到4M的输出值相加，并输出第k个用户的解调信号。判决电路6对第一加法器5的输出值进行硬判决，并输出第k个用户的判决符号。
图3是表示根据本发明的第k个用户的自适应接收块2k的第m通路的自适应接收子块4m的方框图。如图3所示的第一到第M通路自适应接收子块41到4M的每一个，由加权合成电路7、第一延时电路10、去扩展电路11、解调电路12、第三复数乘法器15、错误检测电路16、第四复数乘法器17、第二延时电路18、第三延时电路19和天线加权控制电路20组成。为了第k个用户第m通路的自适应接收子块4m输入天线接收信号1到天线接收信号N、第k个用户的判决信号和合成加权控制误差信号ek1到ekm。
加权合成电路7由第一复数乘法器81到8N和第二加法器9组成。通过将天线接收信号1到天线接收信号N与天线加权Wm1到WmN相乘并把它们相加，产生由第m通路固有天线方向性模式接收的信号。以专门需要的加权合成电路7的输出值的请求波信号的通路延时为基础的第一延时电路10，执行根据多通路的延时。
去扩展电路11进行第一延时电路10的输出值和k-用户的扩展码Ck间的相关计算。假设扩展码是由两个(2)部分成正交关系的码CkI和码CkQ组成的复数码，去扩展电路11就可以由一个复数乘法器和符号间隔的平均值电路来实现。而且，去扩展电路11也可以由使Ck为抽头加权的横向滤波器元件来实现。
解调电路12由传输估计电路13和第二复数乘法器14组成。去扩展电路11的输出值与传输估计输出的复数共轭相乘的输出值成为第m通路的自适应接收子块4m的输出值。
第三复数乘法器15将第k个的用户判决符号与从传输通路径估计电路13输出的传输通路径估计输出值相乘。应当注意的是作为在复数乘法器15中与判决符号复数相乘的传输通路径估计输出，只是乘以从传输通路径估计电路13输出的涉及相位的成分，并且至于幅度，其它专门单独装置所需的幅度，例如，也可以乘以搜索接收信号多通路电平和定时的功能块所得到的幅度。错误检测电路16计算第三复数乘法器15的输出值和去扩展电路11的输出值之间的差别，并且检测判决误差。
第四复数乘法器17将判决误差与第k个用户的扩展码Ck相乘。
第二延时电路18在前面专门需要的请求波信号的通路延时基础上进行延时，以通过第四复数乘法器17的输出消除第一延时电路10的影响，并输出加权控制误差信号。第三延时电路19根据加权合成电路7、去扩展电路11、解调电路12和类似电路的处理时间延时天线接收信号1到天线接收信号N。
天线加权控制电路20输入合成加权控制误差信号ekm的输出值和第三延时电路19的输出值，并计算天线加权Wm1到WmN。这里天线加权Wm1到WmN由MMSE标准自适应控制，以使ekm的方均值为最小值。在LMS算法作为少量计算的更新算法来使用的情况下，天线加权Wm1到WmN由
Wm(i+1)＝Wm(i)+μr(i-Ddem)ekm *(i)    (1)
来表示，其中Wm(i)(有N个系数的列向量)是第m通路的第i片天线加权，r(i)(有N个系数的列向量)是天线接收信号，μ是步长，Ddem是由第三延时电路19所给的延时时间。除了这些，*表示复数共轭。
表达式(1)表示天线加权Wm1到WmN的更新在一个时间片周期里进行。因为每个通路的判决误差的检测由每个符号进行，通过一个符号微量的r(i-Ddem)和ekm的积分值，每个符号可以减少更新。而且，在它的值很大的情况下，当天线加权Wm1到WmN更新时变量系数的步长μ因此确定，尽管天线加权Wm1到WmN的会聚为了最优化方向性模式的形成而加速，但是自适应的精确性和稳定性恶化了。并且另一方面，在它的值很小的情况下，尽管自适应的精确性和稳定性都很好，但是会聚延时了。足够的会聚速率、自适应的精确性和稳定性通过自适应地改变步长得到也包括在本发明中。而且，在会聚过程中，从发射端预先发送的已知符号也可以代替判决符号来使用。
图4是表示加权控制误差合成电路3的一般形式的方框图。根据图4，加权控制误差合成电路3由第一交换矩阵21和第三加法器2211到22KM组成。第一交换矩阵21接收所有用户每个通路的加权控制误差e′11到e′KM和作为输入的专门需要的所有用户的请求波信号通路到达角信息，并在请求波信号通路到达角信息的基础上输出加权控制误差e′11到eKM的给定的结合。第三加法器2211到22KM将第一交换矩阵21的输出值相加并产生加权控制误差e11到eKM。
图4表示加权控制误差合成电路3的一般形式，加权控制误差信号的合成可以通过从所有用户所有通路选择的给定结合合成。在本发明中，合成加权控制误差的方法不受限制，自然地，有必要在一定标准的基础上确定合成的方式。
图5是表示加权控制误差合成电路3的另一个例子的方框图。图5的加权控制误差合成电路3由第二交换矩阵231到23K和第三加法器2211到22KM组成。第二交换矩阵231到23K输出仅利用每个用户的M个加权控制误差的给定的结合。第三加法器2211到22KM将第二交换矩阵231到23K的输出值相加并产生合成加权控制误差e11到eKM。
在图5的加权控制误差合成电路3中，通过有选择地分别合成每个用户的加权控制误差，例如，在一个单元中相临到达的波可用一个方向性模式接收。自适应控制的信息大致以合成的通路数目的好几倍增加，并且会聚的特性和后续过程都很好。
图6是进一步表示加权控制误差合成电路3的另一个例子的方框图。图6的加权控制误差合成电路3由第四加法器241到24K、第三交换矩阵25和第五加法器261到26K组成。第四加法器241到24K将每个用户的M个加权控制误差相加。第三交换矩阵25输出利用第四加法器241到24K输出值的K个加权控制误差的给定的结合。第五加法器261到26K将第三交换矩阵25的输出值相加并产生合成加权控制误差e11到eKM。
在图6的加权控制误差合成电路3中，首先，为每一个用户，在产生一个合成加权控制误差后，因为在一个单元中接收大量用户信号的方向性模式(多用户波束)可以通过对第三交换矩阵25的大量用户的加权控制误差进行合成而形成，如果可以使用加权控制误差合成电路3，那么多用户接收就可以很容易实现。
值得注意的是，除了图5和图6所示的构成以外，可以想到其它构成的加权控制误差合成电路3，但是都包括在图4的加权控制误差合成电路3中。
在数字基带中处理本发明的过程是最好不过的。为此，有必要将每个天线的接收信号从无线带频率转换成基带频率并执行它的模/数转换。在图1到图8中，这些功能都省略了。
而且，在本发明的实施例中，扩展码Ck的码长，也就是说，扩展率不受限制。根据本发明的自适应接收设备也应用于除码分多址(CDMA)方法外以其它方法复用的并且扩展率为1的信号。
另外，至于本发明的接收天线，数目N，排列方式(圆形排列、线形排列和类似的)排列的间距(1/2载波和类似的)或天线(全向天线、选择天线和类似的)单个装备的方向性特性不受限制，并且可以在合适的实施例中执行。另外，同时接收的用户数K和每个用户的多通路数M也可以有选择地设置。
根据本发明，因为自适应控制所能得到的信息由于合成关于每个用户多通路的到达方向彼此相临的通路的加权控制误差信号并且执行不合成关于到达方向彼此分开的通路的加权控制误差的控制而增加，所以在大量通路从不同角度到达的情况下自适应控制特性和干扰抑制能力也极好。
另外，因为本发明执行大量用户的合成加权控制误差信号的控制，多用户接收可以很容易地实现。

Claims (14)

1.自适应接收设备包括：
N片(N是大于1的整数)接收天线接收来自用户大量信号复用的信号；
相应于K个用户(K是大于1的整数)的K个自适应接收块，形成具有关于所述接收天线的接收信号给定方向增益的方向性模式、接收包含大量通路的请求波信号并抑制干扰波信号；和
加权控制误差合成装置，通过给定用户和通路的结合合成大量加权控制误差并产生合成加权控制误差信号，
其中所述自适应接收块在所述合成加权控制误差信号的基础上形成所述方向性模式。
2.如权利要求1所述的自适应接收设备，其特征在于K个所述自适应接收块的每一个包括：
M个自适应接收子块接收所述N片接收天线的接收信号和作为输入的所述合成加权控制误差信号、形成具有关于所述M个多通路给定方向增益的方向性模式(M是大于1的整数)、抑制干扰波信号，接收请求波信号并解调所述请求波信号；
加法器，将所述M个自适应接收子块的解调信号相加；和
判决装置，对所述加法器的所述输出进行硬判决并输出判决符号。
3.如权利要求2所述的自适应接收设备，其特征在于所述复用符号是码分复用符号，并且所述每个自适应接收子块接收所述N片接收天线的接收信号、所述判决符号和作为输入的所述合成加权控制误差信号，
所述M个自适应接收子块的每一个包括：
加权合成装置，形成所述N片接收天线的接收信号的方向性模式；
延时装置，在请求波信号通路延时的基础上延时每个多通路的所述加权合成装置的输出；
去扩展装置，利用所述请求波信号的扩展码去扩展所述延时装置的输出；
解调装置，估计所述去扩展装置输出的传输通路径估计；
乘法器，将所述判决符号与所述解调装置输出值的复数传输通路径估计值相乘并消除由载波相位同步引起的相位变化；
错误检测装置，从所述乘法器的输出中提取所述去扩展装置的每一个输出并检测确定错误；
乘法器，将所述确定错误与所述请求波信号的扩展码相乘并产生加权控制误差信号；
延时装置，补充延时所述加权控制误差信号以消除所述延时装置的影响；
延时装置，相应于所述加权合成装置、所述去扩展装置、所述解调装置和所述加权控制误差合成装置中的处理时间分配延时，以接收来自所述N片接收天线的接收信号；和
天线加权控制装置，在所述N个延时接收信号和所述合成加权控制误差信号的基础上计算N个天线加权并将所述天线加权信号输出给所述加权合成装置。
4.如权利要求2所述的自适应接收设备，其特征在于所述加权控制误差合成装置具有接收所述自适应接收子块输出值的K乘以M个加权控制误差信号和作为输入的K个用户的通路到达角信息的交换矩阵并输出由多于一个所述加权控制误差信号的给定结合合成的合成加权控制误差信号。
5.如权利要求2所述的自适应接收设备，其特征在于所述加权控制误差合成装置包括控制以接收所述自适应接收子块输出值的K乘以M个加权控制误差信号和作为输入的K个用户的通路到达角信息的交换矩阵，在合成所述加权控制误差信号的基础上合成同一用户每个通路的所有所述加权控制误差信号、输出每个用户的一个合成加权控制误差信号并且形成每个用户的一个方向性模式。
6.如权利要求2所述的自适应接收设备，其特征在于所述加权控制误差合成装置包括控制以接收所述自适应接收子块输出值的K乘以M个的加权控制误差信号和作为输入的K个用户的通路到达角信息的交换矩阵和在合成所述加权控制误差信号的基础上仅合成同一个用户的相临到达方向通路的所述加权控制误差信号。
7.如权利要求2所述的自适应接收设备，其特征在于所述加权控制误差合成装置包括控制以接收所述自适应接收子块输出值的K乘以M个的加权控制误差信号和作为输入的K个用户的通路到达角信息的交换矩阵，在合成所述加权控制误差信号的基础上合成同一用户每个通路的所有所述加权控制误差信号，并在合成每个用户一个加权控制误差信号之后，再合成相临到达方向的用户的所述加权控制误差信号。
8.如权利要求2所述的自适应接收设备，其特征在于所述加权控制误差合成装置包括控制以接收所述自适应接收子块输出值的K乘以M个的加权控制误差信号和作为输入的K个用户的通路到达角信息的交换矩阵，并且不管所述相临到达方向的通路是否为同一用户的就合成相临到达方向通路的所述加权控制误差信号。
9.如权利要求3所述的自适应接收设备，其特征在于所述加权合成装置接收所述N片接收天线的接收信号和作为输入的N个天线加权，并包括将所述N个接收信号和N个天线加权分别相乘的N个复数乘法器和合成N个所述复数乘法器每一个输出值的加法器。
10.如权利要求3所述的自适应接收设备，其特征在于所述解调装置包括：
传输通路径估计装置，接收作为输入的所述去扩展装置的输出值并估计载波的幅度和相位；
复数共轭运算装置，需要所述传输通路径估计装置输出值的复数传输通路径估计值的复数共轭；和
乘法器，将所述逆扩展装置的输出值与所述复数共轭运算装置的输出值相乘，进行载波相位同步并同时进行最大速率结合的加权操作。
11.如权利要求2所述的自适应接收设备，其特征在于在所述自适应接收设备的所述自适应接收子块中，其中使用一个已知符号来代替在会聚过程中的判决符号。
12.如权利要求2所述的自适应接收设备，其特征在于在所述自适应接收设备的所述自适应接收子块中，其中当判决符号乘以每个通路的传输通路径估计值时，判决符号仅乘以涉及估计值相位的成分，而且至于幅度，确定信号乘以由其它专门装置所需的幅度。
13.如权利要求3所述的自适应接收设备，其特征在于在所述自适应接收设备的所述天线加权控制装置中，其中自适应控制天线加权以最低均方误差标准执行，以使合成加权控制误差信号的平均值功率为最小值。
14.如权利要求3所述的自适应接收设备，其特征在于在所述自适应接收设备的所述天线加权控制装置中，其中在以最小均方误差标准进行天线加权的自适应控制时利用最小均方(LMS)算法。
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