CN1357988A

CN1357988A - 一种码分多址系统的干扰抑制方法

Info

Publication number: CN1357988A
Application number: CN00135010A
Authority: CN
Inventors: 姬翔
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2002-07-10
Anticipated expiration: 2020-12-06
Also published as: CN1138369C

Abstract

本发明公开了一种码分多址系统的干扰抑制方法,该方法在并行干扰抑制的基础之上,增加了估计信号误差统计,通过误差信号的一阶和二阶统计量查相应的数据表来控制各级再生信号的加权值,能够快速有效的控制估计信号的加权值变化,使得多用户检测器信号处理延迟时间较短,进行干扰抵消处理速度快,检测性能能够迅速稳定。同时,应用本发明的多级检测器实现结构简单,设备复杂度较低,便于硬件实现。

Description

一种码分多址系统的干扰抑制方法

本发明涉及CDMA(码分多址)移动通信系统的干扰抑制技术。

在CDMA移动通信系统中，处于同一基站控制下的不同移动用户由于传输信道的不同，各用户信号之间无法保证其正交性，因此，在基站接收机接收到的各用户信号会存在多址干扰。多址干扰(MAI)直接制约着CDMA系统性能。为了抑制多址干扰，人们提出了许多干扰抑制方法，例如文献“CDMA系统中自适应多级并行干扰抑制方法”(Guaqiang Xue，Jianfeng Weng，Tho Le-Ngoc，Sofiene Tahar“Adaptive Multistage ParallelInterference Cancellation for CDMA”IEEE Journal on Selected Areas inCommun.Vol.17，No.10，Oct.1999)一文中提出的自适应加权多级并行干扰抑制方法，采用了接收信号与各用户加权后估计再生信号的和之间均方误差最小的准则来确定权值，即通过均方最小(LMS)算法迭代来实现各用户各路径的权值。然而，这种方法在实现中需要多次迭代处理，因此需要一定的收敛时间，收敛速度慢，系统性能稳定时间延长，降低了系统的效率。

针对上述问题，本发明的目的是提供一种码分多址系统的干扰抑制方法，使用该方法能使系统性能快速稳定，进而提高系统的接收性能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种码分多址系统的干扰抑制方法，该方法包括以下过程：接收机首先将高频信号变换成基带信号，然后，分离数据信息和同步控制参数信息，从同步控制参数信息中提取出三个信道参数，一个是为各用户信号解调解扩提供的必要参数，一个是为再生干扰信号提供的参数，另一个是为误差统计数据表提供的调整参数；在得到上述必要信道参数信息后，对各用户信号进行解扩和解调，在进行判决处理及加权处理后，再生出各用户扩频调制信号；同时，用延迟后的接收信号减去再生后的干扰用户调制信号，进行一级多址干扰对消处理，利用对消处理后的误差信号进行误差统计处理，计算其一阶统计量和二阶统计量，根据上述一阶和二阶统计量查找相应的数据表1和数据表2，用查表得到的数据得到该级权值调整大小的控制量，利用上述控制量控制权值的大小调整用户信号的加权处理操作，最后，判断干扰对消级数是否为零，若不为零，则进入下一级干扰对消循环，若为零，就检测出所期望用户数据符号。

上面所述利用对消处理后的误差信号进行误差统计处理，是对误差信号进行统计特性处理，即求出误差信号的均值和方差，其中，误差信号的均值为：

E (e_{k, m}^{(s)} (t)) = E [r (t) - Σ_{j = 1}^{K} w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j}^{(s)} (t)] = E [Σ_{j = 1}^{K} (s_{j} (t - τ_{j}) - w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j}^{(s)} (t - {\hat{τ}}_{j})];

方差为：

var (e_{k, m}^{(s)} (t)) = var [n (t)] + var [Σ_{j = 1}^{K} (s_{j} (t - τ_{j}) - w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j}^{(s)} (t - τ_{j}))]

= σ^{2} + var [Σ_{j = 1}^{K} (s_{j} (t - τ) - w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j} (t - {\hat{τ}}_{j}))]

上面所述数据表1存有误差信号的一阶统计均值的期望信息，数据表2存有误差信号的二阶统计方差的期望信息。所述数据表1和数据表2中存储的数据是经过训练得到的。

上面所述用查表得到的数据得到该级权值调整大小的控制量是按照下述方法得到的：权值调整大小的控制量

。

由上述本发明采用的技术方案可以看出，本发明的优点在于：

(1)由于本发明在多级并行干扰抑制中采用了误差二阶统计处理来控制再生信号的加权值，使信号估计的欧氏距离小，得到的加权值准确，能够有效消除各用户间的多址干扰，系统性能容量得到提高，同时对多级检测器级数要求少。

(2)由于本发明能够通过快速查表控制加权值的方法，使得多用户检测器处理延迟时间较短。有效保证了信息传输的实时性，进行干扰抵消处理速度快，能够快速有效的控制估计信号的加权值变化，使检测性能能够迅速稳定。实验结果表明，对采用不大于3级的干扰抑制检测器的系统，系统检测性能已经有较大提高，因此多级检测器实现结构相对简单，设备复杂度较低。

(3)由于本发明采用的数据表中的数据是经过训练得到的，可以根据系统用户运行情况进行必要的调整和修改，使系统能够适应复杂的环境。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

图1是统计误差控制加权并行干扰抑制检测器整体框图；

图2是本发明方法的处理流程示意图。

首先结合DS-CDMA系统(直接序列扩频码分多址通信系统)对本发明及其依据的背景进行简要说明。

在DS-CDMA通信系统中，各用户信源数据经过二元移相键控(BPSK)调制后，得到数据流b_k。再将它们与各自的扩频序列c(n)相乘并相加，然后，将基带信号变换到高频，并用天线将信号发射出去。在接收端，首先，将经过无线移动信道传播的高频信号用接收天线检测，再把这些高频信号变换成基带信号，然后，用基带接收机对期望接收的用户信号解扩和解调，最后得到所需要的用户信息。由于传统的基带接收机无法克服各用户间的多址干扰，因此提出并行干扰抑制技术。虽然，一般并行干扰抑制检测技术能够提高信号的检测性能，但是，由于各级再生信号的估计是有偏估计，误差的存在使信号检测性能不够稳定。虽然各再生信号加权处理可以减少估计偏差，但最佳权值的选取又成为一大问题。本发明提出采用统计再生信号与接收信号误差来控制的多级再生信号的加权值，来提高系统的检测性能。本发明的原理是：首先，多用户信号同时进行检测，再生各用户调制扩频信号，对接收信号与估计信号的误差进行一阶和二阶统计处理，再根据统计值查相应的数据表，两个表中数据之和值用于控制各用户的加权值，在干扰相消后，检测出期望用户信号。实验表明，依据上原理的多级并行干扰抑制器的检测性能大大优于传统接收机匹配滤波器的检测性能，与其他并行干扰抑制器相比，具有结构简单，级数相对少，处理速度快，性能稳定等优点。

下面对本发明所依据的原理和实施进行阐述。

在实际的CDMA系统中，多址干扰的估计不是完全正确的，它是一种有偏估计。例如对于DS-CDMA移动通信系统，接收机输入端的信号为：

这里T是一个符号周期，i表示发射的第i个符号。其中ω_k，_k，τ_k分别表示第k用户的载波角频率，相位和延迟；c_k(t)是其扩频信号。ψ_T(t)是基带信号波形。n(t)是均值为零，方差为σ²的白高斯过程。采用匹配滤波器，可以在解调和解扩之后得到各用户的充分统计量，以及可以分别估计符号和信号功率。在实际中有些参数是依靠估计得到的，但无法精确得知。采用统计误差控制的多级并行干扰抑制技术，减少了判决统计量过程中估计误差。对于多级并行干扰抑制检测器，第s级的检测性能依赖于第s-1级的检测性能。并且随着级数的增加，检测器的性能会不断提高。对于经过s＞0级的第k个用户的估计信号为：

其中和

是第k个用户信号数据位和功率的估计值。如果得到最佳的权值就能够有效的抑制多址干扰。采用接收信号和各用户加权后估计再生信号和之间最小欧距平方的方法确定权值方法。即寻找使接收信号和再生信号估计之间的平均误差为最小时的加权值。通过对接收信号和估计信号之间的误差信号进行统计处理来确定权值。根据并行干扰抑制(PIC)算法，接收信号与再生估计信号的瞬时误差可表示成：

e_{k, m}^{(s)} (t) = r (t) - Σ_{j = 1}^{K} w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j}^{(s)} (t)

= n (t) + Σ_{j = 1}^{K} (s_{j} (t - τ_{j}) - w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j}^{(s)} (t - τ_{j}))

对误差信号进行统计特性处理，其一阶统计量均值和二阶统计量方差可分别表示为：

E (e_{k, m}^{(s)} (t)) = E [r (t) - Σ_{j = 1}^{K} w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j}^{(s)} (t)] = E [Σ_{j = 1}^{K} (s_{j} (t - τ_{j}) - w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j}^{(s)} (t - {\hat{τ}}_{j})]

var (e_{k, m}^{(s)} (t)) = var [n (t)] + var [Σ_{j = 1}^{K} (s_{j} (t - τ_{j}) - w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j}^{(s)} (t - τ_{j}))]

= σ^{2} + var [Σ_{j = 1}^{K} (s_{j} (t - τ) - w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j} (t - {\hat{τ}}_{j}))]

在一个符号内误差信号的均值反映了估计偏差较大的范围，误差信号的方差反映了估计误差的小的变化情况。同时，为了减少运算量，提高估计信号与接收信号的逼近程度，采用一阶和二阶数据库查表方法确定加权值。首先预先制订两个加权增量控制数据表，它可根据信噪比，小区用户数、对消级数和期望信号与估计信号的误差范围来确定和修订。表1中数据主要反映误差的一阶统计期望信息。表2中数据主要反映误差的二阶方差信息。各表中数据是大量训练得到的，它可根据系统用户运行情况和各用户的信干噪比进行必要的调整和修改。然后，由表1和表2中的数据相结合就能够确定所要加权的增量。

w_{k, m}^{(s)} = w_{k, m - 1}^{(s)} + f_{1} (E [e_{k, m}^{(s)} (t)]) + f_{2} (var [e_{k, m}^{(s)} (t)])

通过从接收信号中减去再生后的各用户再生干扰信号之和，得到期望用户新的接收信号。在实现中，为了结构的简化，用接收信号减去全部用户估计值，加上期望用户信号估计值来完成这种运算。对于第k个用户，此时的接收信号为

{\hat{r}}_{k}^{(s)} (t) = r (t) - Σ_{j &NotEqual; k}^{K} w_{j} {\hat{s}}_{j}^{(s)} (t)

当s＝0时，。第k个用户在第m位第s级的充分统计量(经过s-1级的干扰抵消后)为：

其中为

估计信号再生。

下面以本发明应用于扩频因子为DS-CDMA系统为例讨论本发明的实施。该系统扩频序列采用正交可变扩频序列，并加入扰码。数据表1和数据表2分别对应统计误差的均值和均方值。它们可以通过大量训练得到，并根据系统用户数和信噪比进行修改和调整。

参考图1。图1是应用本发明的并行干扰抑制检测器整体框图。图中，接收机首先对接收信号采用匹配滤波器进行解调解扩处理1；然后，判决数据位信息2，并对检测信号加权3以及再生各用户信号4之后，对各用户进行对消处理5，在其输出端，一路信号对接收信号与估计信号进行误差信号统计处理6，对于误差的一阶统计信号，可以查表1中的数据7得到信号均值的映射值，对于误差的二阶统计信号，可以查表2中的数据8得到信号方差的映射值，两者之和控制再生信号的加权值9。另一路与各待检测信号做进一步处理。将误差信号加上待检测的用户信号10，在对该信号进行检测11，就完成一级多址干扰对消处理。一个统计误差控制权值PIC模型包括信号检测，符号估计、加权处理，信号再生处理，干扰对消、误差统计查表和权值控制等处理。经第二级PIC算法模块为12及第三级PIC算法模块13三级干扰对消处理，就检测出所期望的用户数据符号。

统计误差控制的多级并行干扰抑制检测器操作处理流程如图2所示。在图2中，接收机首先将高频信号变换成基带信号1，然后，分离数据信息2同步控制参数信息3，从同步控制参数信息中提取出三个信道参数4，一个是为各用户信号解调解扩提供的必要参数，一个是为再生干扰信号提供的参数，另一个是为误差统计数据表提供的调整参数；在得到上述必要信道参数信息后，对各用户信号进行解扩和解调5，在进行判决处理及加权处理6后，再生出各用户扩频信号7；同时，用延迟后的接收信号减去再生后的干扰用户信号，进行一级多址干扰对消处理8。它有两路输出，一路输出为对消后的误差信号，利用统计模块对其进行误差统计运算处理9，根据所得到的一阶统计量和二阶统计量值，查找相应的数据表1和数据表2中对应的数据10，用查表得表到数值相加11，得到该级各再生估计信号权值大小的控制量。利用上述控制该级加权值的大小，以调整用户信号的加权处理操作。对消模块的另一路信号为期望用户估计信号与误差信号之和。对它进行检测，就得到该级期望用户的暂态数据信号。最后，判断干扰对消级数是否为零12，若不为零，则进入下一级干扰对消循环，若为零，就解调和解扩期望信号13；最后，用判决器检测出所期望用户数据符号14。

上述利用对消处理后的误差信号进行误差统计处理，是对误差信号进行统计特性处理，即求出误差信号的均值和方差，其中，误差信号的均值按下式求出：

E (e_{k, m}^{(s)} (t)) = E [r (t) - Σ_{j = 1}^{K} w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j}^{(s)} (t)] = E [Σ_{j = 1}^{K} (s_{j} (t - τ_{j}) - w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j}^{(s)} (t - {\hat{τ}}_{j})];

误差信号的方差按下式求出：

var (e_{k, m}^{(s)} (t)) = var [n (t)] + var [Σ_{j = 1}^{K} (s_{j} (t - τ_{j}) - w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j}^{(s)} (t - τ_{j}))]

= σ^{2} + var [Σ_{j = 1}^{K} (s_{j} (t - τ) - w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j} (t - {\hat{τ}}_{j}))]

上述用查表得到的数据得到该级权值调整大小的控制量是按照下式求出：即权值调整大小的控制量。

通过实验仿真可以验证这种检测器的稳定性和可靠性。本发明采用的多级干扰抑制检测器是采用码片级干扰对消，符号级权值控制，可以完成多个用户同时检测，计算复杂度仅与用户数成线性正比关系。

Claims

1、一种码分多址系统的干扰抑制方法，其特征在于，该方法包括以下过程：接收机首先将高频信号变换成基带信号，然后，分离数据信息和同步控制参数信息，从同步控制参数信息中提取出三个信道参数，一个是为各用户信号解调解扩提供的必要参数，一个是为再生干扰信号提供的参数，另一个是为误差统计数据表提供的调整参数；在得到上述必要信道参数信息后，对各用户信号进行解扩和解调，在进行判决处理及加权处理后，再生出各用户扩频调制信号；然后，用延迟后的接收信号减去再生后的干扰用户扩频调制信号，进行一级多址干扰对消处理，利用对消处理后的误差信号进行统计处理，计算出其一阶统计量和二阶统计量，根据上述一阶和二阶统计量查找相应的数据表1和数据表2，用查到两个表中的数据得到该级权值调整大小的控制量，利用上述控制权值的大小，以调整用户信号的加权处理操作，最后，判断干扰对消级数是否为零，若不为零，则进入下一级干扰对消循环，若为零，就检测出所期望用户数据符号。

2、根据权利要求1所述的码分多址系统的干扰抑制方法，其特征在于：所述利用对消处理后的误差信号进行误差统计处理，是对误差信号进行统计特性处理，即求出误差信号的均值和方差，其中，误差信号的均值为：

E (e_{k, m}^{(s)} (t)) = E [r (t) - Σ_{j = 1}^{K} w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j}^{(s)} (t)] = E [Σ_{j = 1}^{K} (s_{j} (t - τ_{j}) - w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j}^{(s)} (t - {\hat{τ}}_{j})];

方差为：

var (e_{k, m}^{(s)} (t)) = var [n (t)] + var [Σ_{j = 1}^{K} (s_{j} (t - τ_{j}) - w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j}^{(s)} (t - τ_{j}))]

= σ^{2} + var [Σ_{j = 1}^{K} (s_{j} (t - τ) - w_{j, m}^{(s)} {\hat{s}}_{j} (t - {\hat{τ}}_{j}))]

3、根据权利要求1所述的码分多址系统的干扰抑制方法，其特征在于：所述数据表1存有误差信号的一阶统计均值的期望信息，数据表2存有误差信号的二阶统计方差的期望信息。

4、根据权利要求3所述的码分多址系统的干扰抑制方法，其特征在于：所述数据表1和数据表2中存储的数据是经过训练得到的。

5、根据权利要求1所述的码分多址系统的干扰抑制方法，其特征在于：所述对各用户估计信号的加权处理是以符号为单位进行调整的。

6、根据权利要求1所述的码分多址系统的干扰抑制方法，其特征在于：所述用查表得到的数据得到该级权值调整大小的控制量是按照下述方法得到的：权值调整大小的控制量。