CN1234150A - 接收方法和接收器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接收方法和一个接收器。在该方法中,为了从接收复合信号中除去干扰,从一个窄带复合信号(15)中减去对应于干扰信号的窄带干扰信号估测(14)。在接收器的干扰消除基元(10)中,通过把干扰信号的一个检测位与一个交叉相关和扩展码的一个信道相乘从而产生窄带干扰信号估测(14)。

Description

接收方法和接收器

本发明涉及一种用于CDMA无线系统的接收方法，该系统包括至少一个作为发送器和接收器的用户终端和一个基站，它们接收已经与一个扩展码相乘转变为宽带信号的复合信号，复合信号通过几个路径从多个发送器的到达接收器，复合信号代表干扰信号和期望信号，并且在接收器中把该复合信号转变成窄带信号并加以检测。

本发明还涉及一个用于CDMA无线系统的接收器，该系统包括至少一个用户终端和一个基站，它们被用于接收宽带复合信号，宽带复合信号包括从多个发送器通过多条路径传播的信号，该复合信号包括干扰信号和期望信号，并且在接收器中把该复合信号转变成窄带信号并加以检测。

在一个DS-CDMA(直接序列码分多址)中，通过一个比数据信号带宽更高的扩展码把用户窄带数据信号调制成一个宽带相对较大的信号。在所使用的系统中，使用从1,25MHz到50MHz的带宽。一个扩展码通常由一个长伪随机位序列构成。扩展码的比特率比数据信号的比特率高，并且为了把扩展码位与数据位和符号区分开，把扩展码位称作码片。各用户数据符号与扩展码片相乘。接着窄带数据信号被扩展到扩展码所使用的频带上。各用户有各自的扩展码。各个用户同时在相同的频带上进行发送，并根据伪随机扩展码在接收器中区分各数据信号。然而，当扩展码未完全正交，尤其是传播延迟造成移相时，在接收器中不同用户的信号相互干扰。

例如，通过使用多用户检测(MUD)方法可以降低CDMA系统的多址干扰。现在有一些方法，使用这些方法可以很好地降低用户小区范围内的干扰，从而提高系统容量。现有的MUD解决方案主要基于两种类型：在初步检测或去相关之后再生一个宽带信号，其中产生一个扩展码的交叉相关矩阵的逆矩阵。在检测过程中，从所接收的宽带复合信号中减去最强的再生信号从而消除了干扰的影响。然而，宽带信号的再生需要接收器有较大的计算容量。在去相关过程中，通过把一个接收信号的向量与扩展码的交叉相关矩阵的逆矩阵相乘而降低干扰，当用户和路径的数量增加时很难使用这种方法。

本发明的一个目标是实现一种解决方案，其中避免产生一个宽带信号并且避免对扩展码的交叉相关矩阵求逆，由此简化了多用户检测的干扰消除。

通过前序提出的那类方法可以实现这个目标，该方法的特征在于，在接收器中从通过多个路径传播的窄带复合信号中减去至少一个发送器的一个路径的窄带干扰信号估测，从而产生一个干扰消除信号。

本发明接收器的特征在于包括一个干扰消除装置，该装置包括多个用于产生至少一个描述干扰的窄带干扰估测信号的干扰消除基元，干扰消除装置用于从窄带复合信号中减去一个窄带干扰估测信号。

用本发明的方法可以得到极大的益处。在不用再生一个宽带信号或对一个交叉相关矩阵求逆的情况下，也可以通过简单的操作进行多用户检测和干扰消除。另外，信号间互相干扰的降低简化了功率控制并且降低了传输功率。因而还降低了干扰并且允许系统具有大容量。

下面参考附图中的例子对本发明进行详细描述，其中

图1是一个说明了一个接收器的模块图，

图2说明了一个干扰消除基元，

图3说明了一个干扰消除基元，

图4说明了一个干扰消除基元，

图5说明了一个干扰信号和一个期望信号的相位偏差，

图6说明了一个自适应干扰消除，

图7说明了一个并行干扰消除，

图8说明了一个串行干扰消除，以及

图9说明了一个无线系统。

本发明的解决方案可以不受限制地应用于一个使用直接扩展的CDMA系统。一个接收的复合信号包括多个通过多条路径传播的用户信号，由于传播时间不同，信号之间具有相位偏差。通过消除其他路径的信号的影响，使得一条路径的信号成为无干扰信号。当所有路径的信号成为干净的无干扰信号时，可以按用户规定混合各路径的信号并且获得具有很强抗干扰能力的期望信号。

现在让我们详细检查本发明解决方案的理论基础。一个接收的异步CDMA信号r(t)通常具有模式

r(t)=S(t,B)+n(t)    (1)

其中 $S\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{K\left(i\right)}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=p}{\overset{P\left(k\right)}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{L(i,k)}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{k,l}\sqrt{\frac{E_b}{T_b}}{b}_{k,i}{a}_{k,l}(t-{\mathrm{\τ}}_{K,l}-i{T}_b)------\left(2\right)$

其中s_k(t)是一个多路径传播的多用户信号，n(t)是噪声，a_k,l是一个特定用户的扩展码波形，B是用户位b_k,i∈{-1,+1}的矩阵，τ_k,l是异步造成的延迟，h_k,l包括衰减信息，E_b是位能量而T_b是一个位时隙。除了表示一个位之外，b_k,i还可以代表多个位的组合，或一个符号。用户数K(t)是一个随时间变化的函数，P(k)是待发送的位数，而L(t,k)是与时间和用户有关的所接收的信号分量数，即L(t,k)对应于传播信号的路径。当不同用户的多路径传播信号分量随时间变化时，L(t,k)作为时间函数不断变化。在某一时刻可把各信号当成与一个扩展码周期一样长。

为了进行本发明的干扰消除，在不同信号的扩展码之间的交叉相关中需要某些信息。这里扩展码的交叉相关表示协方差或其他测量相似度或非相似度的对应操作。例如，交叉相关计算如下： $R_{l,l\′,i}(k,k\′)=\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}{a}_k(t-{\mathrm{\τ}}_{k,l})a_k(t+i{T}_b-{\mathrm{\τ}}_{k\′,l\′})\mathrm{dt}------\left(3\right)$

其中R_l,l’,i(k,k’)确定涉及这些用户路径l和l’的用户k和用户k’间的相关性，其中k是一个期望用户而k’是一个造成干扰的用户，l是一个期望的路径而l’是一个干扰路径。如果信号是时间有限的并且传播延迟是确定的，则交叉相关R_{l,l’,i-i’}(k-k’)在｜i-i’｜＞2时值为0。这简化了相关和干扰消除，因为干扰只在位索引i′为包括五个位的范围[i-2,i+2]内时形成。由U.Fawer,B.Aazhang,所著的“一个在多路径信道上使用码分多址进行通信的多用户接收器”，IEEE通信学报第43(2,3,4),1995年二/三/四月中，详细描述了多用户接收器，在此对其加以参考引用。

让我们更详细地回顾本发明的干扰消除方法。在该解决方案中初步检测复合信号，在这种情况下，对不同用户的不同路径进行位判定。例如，在一个瑞克分支或一个匹配滤波器中对位进行初步判定。一个路径的信号干扰消除是以这种方式进行的：从该信号中减去其他路径对信号的影响并且一个路径只保留一个干净信号。以串行或并行方式对所有路径的信号进行这种处理，从而经过处理的所有路径的信号都被清除了干扰。

在本发明的解决办法中，当复合信号和干扰信号都是窄带信号时，从复合信号中减去干扰信号。这表示对复合信号的扩展码进行解码，然而，信号最好是由二元相移键控(BPSK)或四元相移键控(QPSK)调制。期望信号和干扰信号的符号在到达接收器时可能具有相位偏移，从而干扰信号有多于一个的符号对期望信号的一个符号产生干扰。接着，从期望信号的一个符号中除去干扰信号的多个符号的影响(通过它们的干扰部分)。

让我们参考图1-9更详细地检查本发明的解决方案。图1说明了一个接收器的可能模块图。该接收器包括一个延迟估测装置1，一个相关装置2，一个解扩展装置3，一个第一混合位判定装置4，一个干扰消除装置5，一个第二混合和硬判定装置6，一个信道解码器7和一个信道估测装置8。延迟估测装置1根据一个宽带复合信号9产生不同用户的不同路径的信号的一个传播延迟。相关装置2利用延迟估测装置1的延迟信息针对不同用户的扩展码计算出自相关和交叉相关。在解扩展装置3中，对复合信号的宽带扩展编码进行解码并且产生各路径的窄带信号15，根据现有技术对这些信号进行解调制并且在第一混合和位判定装置4中综合出特定于用户的位判定。在干扰消除装置5中，根据本发明的方法对每条路径消除干扰，之后消除干扰的信号被混合成发送器信号，即特定于用户的信号38-40，并且在第二混合和位判定装置6中作为初步位判定进行解调。特定用户的干扰消除位可以被回送到干扰消除装置5以便进行新的干扰消除。在信道解码器7中对经干扰消除的位的信道编码进行解码，其输出是各个用户位。在信道估测装置8中形成干扰消除所需的复信道估测。各个模块1-8也被提供了足够的存储器。

图2说明了一个干扰消除基元10，利用干扰消除基元10可以实现干扰消除装置5，尤其是在使用BPSK调制时。干扰消除基元10包括一个选择装置11，利用该选择装置，通过一个位索引窗口bit_window_index可以从干扰信号的五位窗口中选择两个连续的位bn和b_n±1。由于在｜i-i’｜＞2时交叉相关R_{l,l’,i-j’}(k-k’)值为0，所以该窗口包括五个位。如图5所示，这些两个位通常处于这样的相位，即它们对期望信号的一个位产生干扰。把两个选择位在一个乘法器12中乘以期望信号和干扰信号之间的交叉相关16和17以形成一个加权估测结果，交叉相关被以这种方式用作加权值：如果交叉相关越大，则干扰信号对期望信号的干扰就越强。对应于两个位b_n和b_n±1的交叉相关是r_n和r_n±116和17。在累加器13中累加干扰量，从而构成总干扰量。在乘法器12中把总干扰量与一个复信道估测R_chan_est和J_chan_est18和19相乘。接着产生一个复干扰估测信号14，其中包括一个实干扰估测信号R和一个虚干扰估测信号I。

在图3的解决方案中假定复信道估测R_chan_est和J_chan_est18和19在几个位期间保持不变。接着假定信道估测R_chan_est和J_chan_est18,19以及期望信号和干扰信号之间交叉相关r_n±1和r_n16,17在几个位之间也保持不变，因而可以初步相乘为R_chan_est^*r_n,R_chan_est^*r_n±1,J_chan_est^*r_n,J_chan_est^*r_n±1并且把结果存储在存储器中。接着以复数方式把两个连续的干扰位与信道和交叉相关的乘积相乘，并且通过累加两个干扰的干扰效应产生一个复干扰估测信号。这时，由于在各个位被映射到集合[-1,+1]时通过改变被乘数的符号(character)来进行位的乘法，所以乘法器12最好是反相器(inverter)。

图4说明了在使用QPSK调制时本发明的解决方案。干扰消除基元包括一个选择装置11，该装置利用一个符号窗口索引symbol_window_index从一个五符号窗口中选择两个符号。在此之后最好以相同于BPSK调制的方式处理符号中包含的各个位。由于一个QPSK符号包括两个位，对两个位都需要一个Q和一个I交叉相关结果，所以需要八个交叉相关值r_Qn,Q,r_Qn,I,r_In,Q,r_In,I,r_Qn±1,Q,r_Qn±1,I,r_In±1,Q,r_In±1,I,其中I和Q符号表示QPSK调制的I/Q符号。换而言之，象在BPSK调制中那样，期望信号的一个符号与两个干扰信号符号相关，但期望信号的两个位与四个干扰信号位相关。交叉相关r_Qn,Q表示干扰信号的Q符号与期望信号的Q符号的交叉相关n,r_Qn,I表示干扰信号的Q符号与期望信号的I符号的交叉相关n,r_In,Q表示干扰信号的I符号与期望信号的Q符号的交叉相关n,r_In,I表示干扰信号的I符号与期望信号的I符号的交叉相关n,r_In±1,I表示干扰信号的I符号与期望信号的I符号的交叉相关n±1,r_Qn±1,Q表示干扰信号的Q符号与期望信号的Q符号的交叉相关n±1,r_Qn±1,I表示干扰信号的Q符号与期望信号的I符号的交叉相关n±1,r_In±1,Q表示干扰信号的I符号与期望信号的Q符号的交叉相关n±1，并且r_In±1,I表示干扰信号的I符号与期望信号的I符号的交叉相关n±1。信道估测为复数，其中包括一个实部R_chan_est19和一个虚部J_chan_est18。当与符号变化相比信道估测变化较慢时，也可以通过相同于图3中BPSK调制的方式简化该解决方案。

图5说明了关于干扰信号符号如何干扰期望信号符号的解决方案。干扰信号包括连续的符号(b_n和b_n±1)20和21。期望信号包括一个符号22，该符号被分成分量22a和22b，它们和干扰信号符号20,21之间有相位偏移。该图表明在干扰消除中，最好从期望信号符号22中消除两个干扰信号的符号20和21，具体地讲是对期望信号22的分量22a和22b产生了干扰。

图6说明了本发明的一个最优实施例。在该图中未单独示出QPSK调制的实部Q和虚部I，但假定信号为复数。解决方案中的干扰消除装置5包括一组干扰消除单元31-33，该干扰消除单元包括干扰消除基元10。另外，本发明的接收器包括一个路由装置34和一个混合装置6。在这个自适应解决方案中，最好有预定数量的干扰消除单元31-33和干扰消除基元10。各个干扰消除基元10产生一个干扰信号估测并且各个干扰消除单元31-33接着产生一个路径1的干净信号35。当利用干扰消除信号产生新的干扰信号估测并且从窄带信号15中消除上述新干扰信号估测14时，最好多次进行干扰消除。接着在第一次干扰消除之后，根据接收信号得出比最初得出的位判定更精确的位判定。利用这个更精确的位判定可以构成一个更好的信道估测，并且结合交叉相关可以产生一个更好的干扰估测信号。当从接收信号中消除如此产生的干扰估测信号时，可以得到总体上干扰更少的用户信号。这种多重干扰消除最多进行三次。路由装置34把各个路径的干扰消除信号35传送到特定于用户的混合装置6，其中各个用户k的路径L被混合成一个信号38-40。这个解决方案最好包括K^*L个干扰消除单元，其中K表示用户数量而L表示各个用户的路径的平均数量。这个解决方案也适用于数量较少的干扰消除单元，其中需要L个干扰消除单元31-33。接收器的一个控制单元最好把一个新的干扰路径引向一个空闲的干扰消除单元31-33。类似地在干扰信号减弱时释放干扰消除单元31-33。在这个解决方案中，由于不同路径的信号可以被自动导向空闲的干扰消除单元，所以不同用户可以具有不同数量的路径。

如图7所示，也可以通过并行方式实现本发明的解决方案。在该图中未单独示出QPSK调制的实部Q和虚部I，但假定信号为复数。装置41和42产生特定于用户的无干扰信号；所需的装置数量必须等于用户的数量，即K。装置41和42包括干扰消除单元31-33和混合装置6。在这个解决方案中，有多个干扰消除基元10:(K^*L)^*(K^*L-1)，其中K是用户数量而L是各个用户的路径数量。各个用户k最好具有L个提供各个路径I的干扰消除信号35的干扰消除单元31-33。通过混合装置6混合各个用户k的路径L的干扰消除信号。象图6的自适应解决方案那样，这个解决方案是一个非常快速的干扰消除方法并且同时可以得到所有用户的无干扰信号。

在图8中，以串行方式进行干扰消除。在这个解决方案中，在一个累加器13中连续累加各个干扰消除基元10的干扰估测信号并且在最后一个累加器13中从窄带复合信号中减去该估测信号。图8单独针对实部Q和虚部I说明了I/Q调制的复数操作。各个干扰消除基元10产生一个路径I的干扰信号估测。在这个解决方案中，连续产生各个用户k和路径I的干扰消除信号。为了能够清除所有用户的期望路径，各个干扰消除基元10应当被使用K^*L次。这个解决方案最好允许使用在下一路径的干扰消除中使用已有的干扰消除位判定。

图9说明了可以使用本发明解决方案的一个无线系统。该无线系统包括一个基站控制器50，基站51和用户终端52。基站控制器50通过一个数字链路55与系统的其它部分，例如与一个移动服务交换中心(图9中未示出)通信。基站51通过一个数字链路54与基站控制器50通信。最好是一个移动电话的用户终端52和基站51包括一个发送器和一个接收器，它们发送和接收沿多个路径传播并且是彼此产生干扰的期望信号的宽带信号53。从接收器的角度看，用户是发送器，因而几个用户的信号是几个发送器的信号。这样，接收器接收的复合信号9包括一组由单个发送器发送的宽带信号53。本发明的无线系统最好在信号53中使用DS-CDMA信令，并且一个速度可以被用作数据传输速度，或者数据传输速度可变。本发明的解决方案特别适用于无线系统的基站。

可以特别针对数字信号处理，例如通过ASIC或VLSI电路实现本发明的解决方案。最好以软件方式实现要执行的功能。

尽管参照附图的例子描述了本发明，但显然本发明并不仅限于此，而是可以在所附权利要求书公开的发明思路的范围内通过各种方式对本发明加以修改。

Claims (18)

1．一种用于CDMA无线系统的接收方法，该系统包括至少一个作为发送器和接收器的用户终端(52)和一个基站(51)，它们接收已经与一个扩展码相乘转变为宽带信号的复合信号(9)，复合信号通过几个路径从多个发送器的到达接收器，复合信号(9)代表干扰信号(53)和期望信号(53)，并且在接收器中把该复合信号(9)转变成窄带信号(15)并加以检测，其特征在于，在接收器中从通过多个路径传播的窄带复合信号(15)中减去至少一个发送器的一个路径的窄带干扰信号估测(14)，从而产生一个干扰消除信号(35)。

2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，把至少一个发送器的至少一个路径的一个接收检测干扰信号与干扰信号(53)和期望信号(53)中使用的扩展码的一个交叉相关(16,17)相乘，从而构成根据干扰量加权的估测结果，并且

把上述加权估测结果与一个信道估测(18,19)相乘，从而产生一个窄带干扰信号估测(14)。

3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，当信号包括符号时，根据接收窄带信号(15)以每次一个符号的方式产生一个路径的干扰信号估测(14)，并且以每次一个符号的方式从窄带复合信号(15)中减去上述信号估测。

4．如权利要求1所述的方法，其特征在于，当信号包括符号并且期望信号(53)和干扰信号(53)彼此有相位偏移时，从窄带复合信号(15)中减去干扰信号估测(14)，就干扰期望信号的一个符号(22)的干扰信号符号(20,21)而言(22a,22b)该估测表示多于一个的干扰信号符号(20,21)。

5．如权利要求4所述的方法，其特征在于，为了产生一个干扰消除信号(35)，

从干扰信号路径的信道估测(18,19)、期望信号和干扰信号之间的交叉相关(16,17)和干扰信号符号(20,22)与两个连续干扰信号符号(20,21)的乘积以如下方式产生干扰信号估测(14)，该方式是通过累加两个符号(20,21)和交叉相关的乘积，或累加交叉相关(16,17)和两个符号(20,21)的信道估测(18,19)的共同乘积，以乘积的形式将符号(20,21)对期望信号的一个符号(22)的共同影响考虑进去。

6．如权利要求1所述的方法，其特征在于，当特定路径的信号表示一个特定发送器的信号时，通过从窄带复合信号(15)中单独减去干扰信号估测(14)并且混合不同路径的干扰消除信号(35)产生特定于发送器的信号(38-40)，产生各个路径的干扰消除信号(35)。

7．如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生一个路径的干扰消除信号(35)从而从窄带复合信号(15)中减去干扰路径的窄带干扰信号估测(14)。

8．如权利要求7所述的方法，其特征在于，以串行方式连续产生几个路径的干扰消除信号(35)。

9．如权利要求7所述的方法，其特征在于，以并行方式连续产生几个路径的干扰消除信号(35)。

10．如权利要求1所述的方法，其特征在于，以某种方式不止一次从窄带复合信号(15)中减去窄带干扰信号估测(14)，该方式是从窄带信号(15)中除去利用已有干扰消除信号和新干扰信号估测(14)产生的新干扰信号估测。

11．如权利要求1所述的方法，其特征在于，当方法中包含的路径总数量预定并且测量了通过几个路径传播构成复合信号(9)的不同路径的信号的强度时，

从窄带复合信号(15)中减去预定数量条最强路径的干扰信号估测(14)。

12．一种用于CDMA无线系统的接收器，该系统包括至少一个作为发送器和接收器的用户终端(52)和一个基站(51)，它们接收已经与一个扩展码相乘转变为宽带信号的复合信号(9)，复合信号通过几个路径从多个发送器的到达接收器，复合信号(9)代表干扰信号(53)和期望信号(53)，并且在接收器中把该复合信号(9)转变成窄带信号(15)并加以检测，其特征在于，包括一个干扰消除装置(5)，该装置包括多个用于产生至少一个描述干扰的窄带干扰估测信号(14)的干扰消除基元(10)，干扰消除装置(5)用于从窄带复合信号(15)中减去一个窄带干扰估测信号(14)。

13．如权利要求12所述的接收器，其特征在于，当信号包括符号时，以某种方式使用一个干扰消除基元(10)产生一个接收器的一个路径的窄带干扰信号估测(14)，该方式使得干扰消除基元(10)被用来：

从检测干扰信号的一个五位符号窗口中选择两个连续的符号并且

从干扰信号路径的信道估测(18,19)、期望信号和干扰信号之间的交叉相关(16,17)和干扰信号符号(20,22)与两个连续干扰信号符号(20,21)的乘积产生以下列方式产生干扰信号估测(14)，该方式是通过累加两个符号(20,21)和对应于符号(20,21)的交叉相关(16,17)的乘积，或累加交叉相关(16,17)和两个符号(20,21)的信道估测(18,19)的共同乘积，以乘积的形式将符号(20,21)对期望信号的一个符号(22)的共同影响考虑进去。

14．如权利要求12所述的接收器，其特征在于，通过从窄带复合信号(15)中减去干扰路径的窄带干扰信号估测(14)，一个干扰消除装置(5)被用来产生一个路径的干扰消除信号(35)。

15．如权利要求14所述的接收器，其特征在于，干扰消除装置(5)被用来以串行方式连续产生干扰消除信号(35)。

16．如权利要求14所述的接收器，其特征在于，干扰消除装置(5)被用来以并行方式产生干扰消除信号(35)。

17．如权利要求12所述的接收器，其特征在于，接收器被用来测量干扰信号的强度并且有预定数量的干扰消除基元(10)，从而

接收器用来选择预定数量的、将从窄带复合信号(15)中除去的最强干扰信号估测(14)；

接收器被用来以特定于发送器的方式混合干扰消除路径的信号(35)。

18．如权利要求12所述的接收器，其特征在于，一个干扰消除装置(5)被用来从窄带复合信号(15)中至少两次减去干扰信号估测(14)，使得利用前一次干扰消除信号产生新的、被从窄带复合信号(15)中减去的干扰信号估测(14)。

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