CN1220562A - 使用cdma移动通信系统导频信号的灵巧天线接收机及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种CDMA通信系统中的灵巧天线接收机及其信号接收方法,通过将多个天线分别接收的无线电信号与自适应加权相乘并相加乘积信号,这样产生阵列输出信号;该阵列输出信号与从导频信号检测的伪噪声码相乘产生去扩展信号;然后并滤波该去扩展信号;调节已滤波信号的幅度;将幅度调节的信号与伪噪声码相乘产生基准信号;计算基准信号和阵列输出信号之间的差值产生误差信号;通过误差信号和无线电信号产生最佳自适应加权。

Description

使用CDMA移动通信系统导频 信号的灵巧天线接收 机及其方法
本发明涉及移动通信系统，尤其涉及CDMA(码分多址)通信系统内的灵巧天线接收机及其信号接收方法。
使用自适应天线阵列技术的灵巧天线接收机根据由相应部件接收输入信号所获得的信息自动将天线调节到最佳方向。
如图1所示，常规的灵巧天线接收机由一个包含多个与自适应天线阵列对应形成的乘法器110-1,…,110-n的乘法器电路110，加法器120，和用于调节自适应加权的自适应处理器130组成。
在操作中，从自适应阵列的多个天线接收的阵列输入向量信号X1,…,Xn分别提供给乘法器110-1,..,110-n，在这里它们与由自适应处理器130自适应调节的复数的加权W1,..,Wn相乘。乘法器110-1,…,110-n产生的输出信号提供给将其相加以产生阵列输出y的加法器120。这样，在接收波束图时，增益沿接收的期望信号方向增加，和沿接收干扰信号的方向形成空白，因此能够在空间有选择地接收信号。所以，图1所示电路称为空间滤波器。空间滤波器通过减少CDMA移动通信系统内相同信道之间的干扰来提高系统的容量。
用于调节常规天线接收机的自适应加权的自适应处理器130仅通过阵列输入向量信号X1,…,Xn和阵列输出y调节自适应加权W1,…,Wn。自适应处理器130完成包括用于通过计算最佳加权搜索信号源的方向，用于获得接收向量信号的自相关矩阵，以及用于获得自相关矩阵的逆矩阵和唯一向量的计算处理的复杂计算过程。
因此，自适应处理器处理计算花费的时间很多，自适应处理器的电路较复杂。从而，不容易将常规的灵巧天线系统用于CDMA移动通信系统。自适应处理器复杂的原因是因为未充分利用与期望信号和干扰信号之间的差异有关的信息。
因此，本发明的一个目的是提供一种通过使用CDMA移动通信系统中的导频信号简化自适应处理器完成的计算处理的接收装置。
本发明的另一个目的是提供一种通过使用CDMA移动通信系统中的导频信号简化自适应处理器完成的计算处理的信号接收方法。
根据本发明的一个方面，使用CDMA移动通信系统基站内的导频信号的灵巧天线接收机包括：用于将通过多个天线分别接收的无线电信号与自适应加权相乘的多个乘法器；用于将多个乘法器的输出相加以产生阵列输出信号的加法器；用于产生从导频信号检测并已用于发射机的伪噪声码的伪噪声码发生器；用于通过将阵列输出信号与伪噪声码相乘以产生去扩展信号的第一乘法器；用于通过滤波去扩展信号消除干扰分量的数据带宽滤波器；用于调节干扰分量消除信号的幅度的限幅器；用于通过将幅度调节的信号与伪噪声码相乘以产生再扩展基准信号的第二乘法器；用于通过计算基准信号和阵列输出信号之间的差值以产生误差信号的减法器；和用于通过误差信号和无线电信号产生最佳自适应加权的自适应处理器。
根据本发明的另一个方面，利用灵巧天线接收机使用CDMA移动通信系统内的导频信号的信号接收方法包括步骤：将通过多个天线分别接收的无线电信号与自适应加权相乘并相加相乘后的信号，以产生阵列输出信号；将阵列输出信号与从导频信号检测的伪噪声码相乘以产生去扩展信号；滤波去扩展信号，调节已滤波信号的幅度，将幅度调节的信号与伪噪声码相乘以产生基准信号，并计算基准信号和阵列输出信号之间的差值以产生误差信号；和由误差信号和无线电信号产生最佳自适应加权。
通过下面结合附图所作的详细描述，本发明的上述和其他目的，特征及优点将变得更加显而易见，其中：
图1是常规的空间滤波器的电路图；和
图2是根据本发明的一个优选实施例的空间滤波器的电路图。
如果使用CDMA系统反向链路中的导频信号检测相干数据，不用特定的处理就可以知道用户期望的导频PN(伪-噪声)码。因为导频信号与期望信号有大的相关而与干扰信号不相关，反向链路中的导频信号可以用于灵巧天线接收机的自适应处理器。
如图2所示，根据本发明一优选实施例的灵巧天线接收机包括乘法器电路210，加法器220，自适应处理器230，乘法器240，数据带宽滤波器250，PN码发生器260，限幅器270，乘法器280，和减法器290。
多个直线或圆形排列的天线接收无线电信号X1,…,Xn。乘法器电路210包括分别连接到天线的多个乘法器210-1,…,210-n和该电路并将无线电信号X1,…,Xn与自适应加权W1,…,Wn相乘。加法器220用来相加乘法器210-1,…,210-n的输出以产生阵列输出信号y。自适应处理器230通过从减法器290产生的误差信号ε和通过无线电信号X1,…,Xn执行自适应算法来调节自适应加权W1,…,Wn。PN码发生器260从反向链路中接收的导频信号产生导频PN码。乘法器240将导频PN码与从加法器220产生的阵列输出信号y相乘。包括滤波器250，限幅器270，乘法器280的基准信号发生环路产生用于自适应处理器230的自适应算法的基准信号yd。减法器290产生对应于基准信号yd和阵列输出信号y之间的差值的误差信号ε。
如果分别从不同方向的天线接收期望信号和干扰信号，调节自适应加权W以便使接收波束图(beam pattern)的主要测向(robe)朝向期望信号而接收波束图的空白(null)朝向干扰信号，为调节自适应加权W，阵列输出信号y，也就是，无线电信号X1,…,Xn的数据向量(x)的线性耦合分量应该近似于期望信号yd。在这种情况下，y=W·xT。
在由下面公式给出最小均方法(LMS)的算法中，通过重复更新加权使自适应加权集中到减小均方误差(MSE)至最小的最佳自适应加权。由用于获得最佳自适应加权的自适应处理器230执行的运算可以表示为：
W(k+1)=W(k)+2με*(k)·x(k)                (1)这里k表示诸如自适应周期之类的离散时间，μ是调节自适应比率和稳定性的标量常数，ε是误差信号(yd-y)，以及*是共扼复数。
为获得用于计算误差信号ε的阵列输出信号y，通过各个天线接收的无线电信号X1,…,Xn提供给乘法器210-1,…,210-n，在这里它们与自适应处理器230提供的自适应加权W1,…,Wn相乘。乘法器210-1,…210-n产生的信号提供给将其相加以产生输出信号y的加法器220。
为获得计算误差信号ε所必须的基准信号yd，阵列输出信号y提供给减法器290和乘法器240。提供给乘法器240的输出信号y与PN码发生器260产生的导频PN码相乘。导频PN码是与已经和用户期望信号相乘的PN码相同的码。接着乘法器240去扩展(despread)期望信号并将其带宽减少到数据带宽。干扰分量保留在扩展带宽。同时，如果乘法器240的输出通过数据带宽滤波器250，保留期望信号并消除中间带宽之外的干扰分量。滤波器250的输出提供给用于调节基准信号yd幅度的限幅器270。限幅器270的输出提供给乘法器280，在这里它与导频PN码相乘并再扩展(re-spread)。这样产生基准信号yd。
分别从加法器220和乘法器280产生的阵列输出信号y和基准信号yd提供给减法器290，在这里产生对应于二者之间差值的误差信号ε。
因此，尽管期望信号通过由两个乘法器240和280，滤波器250，限幅器270和减法器290组成的环路而没有变化，干扰分量在其波形上却有较大的变化。因此，与基准信号和阵列输出信号之间的干扰不存在实质的相关。将误差信号ε提供给自适应处理器230以便与无线电信号X1,…,Xn的数据向量x一起通过上式(1)获得自适应加权W。从公式(1)获得自适应加权W所必须的自适应周期之类的离散时间k和标量常数μ均设定为常数。
如上所述，因为灵巧天线接收机采用了使用导频信号的基准信号发生环路和使用LMS算法的自适应处理器，能够大大减少计算量。因为导频信号也用于检测CDMA系统反向链路中的相干数据，所以采用导频信号对于灵巧天线接收机是有用的。
尽管参考特定的优选实施例已经表示和描述了本发明，本领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的前提下，可以对其在形式和细节上作出各种变化。

Claims (4)

1．一种使用码分多址(CDMA)移动通信系统基站内的导频信号的灵巧天线接收机，其特征是，该灵巧天线接收机包括：
多个乘法器，用于将分别通过多个天线接收的无线电信号与自适应加权相乘；
加法器，用于将所述多个乘法器的输出相加以产生阵列输出信号；
伪噪声码发生器，用于产生从所述导频信号检测的并已用于发射机的伪噪声码
第一乘法器，用于将所述阵列输出信号与所述伪噪声码相乘以产生去扩展信号；
数据带宽滤波器，用于通过滤波所述去扩展信号消除干扰分量；
限幅器，用于调节所述干扰分量消除信号的幅度；
第二乘法器，用于通过将所述幅度调节的信号与所述伪噪声码相乘产生再扩展基准信号；
减法器，用于通过计算所述基准信号和所述阵列输出信号之间的差值产生误差信号；和
自适应处理器，用于通过所述误差信号和所述无线电信号产生最佳自适应加权。
2．根据权利要求1所述的灵巧天线接收机，其特征是，所述自适应处理器接收所述误差信号和所述无线电信号并使用下面的公式产生最佳自适应加权：
W(k+1)=W(k)+2με*(k)·x(k)这里k表示诸如自适应周期之类的离散时间，μ是调节自适应比率和稳定性的标量常数，ε是所述误差信号，*是共扼复数，以及x(k)是无线电信号的向量分量。
3．一种利用灵巧天线接收机使用CDMA移动通信系统中的导频信号的信号接收方法，该方法包括步骤：
将通过多个天线分别接收的无线电信号与自适应加权相乘并相加该相乘后的信号，这样产生阵列输出信号；
将所述阵列输出信号与从所述导频信号检测的伪噪声码相乘产生去扩展信号，滤波所述去扩展信号，调节已滤波信号的幅度，将幅度调节的信号与所述伪噪声码相乘产生基准信号，以及计算所述基准信号和所述阵列输出信号之间的差值产生误差信号；和
通过所述误差信号和所述无线电信号产生最佳自适应加权。
4．根据权利要求3所述的信号接收方法，其特征是，所述产生最佳自适应加权的步骤使用下面的公式：
W(k+1)=W(k)+2με*(k)·x(k)这里k表示诸如自适应周期之类的离散时间，μ是调节自适应比率和稳定性的标量常数，ε是所述误差信号，*是共扼复数，以及x(k)是无线电信号的向量分量。
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