背景技术
码分多址接入(CDMA)是通用的扩频通信技术,其中在信息信号被发送之前,需要由多个码序列之一对其进行编码。接收到的信号再经过相同码序列的译码,重新生成原始的信息信号。为每个发射机采用不同的码序列,而且只要码序列具备特殊的唯一特性,多个发射机的传输就可以同时经过通用信道进行通信。可接受码字的唯一特性基本上能够保证:只有当接收到的信号与利用相同码序列编码的信号相对应时,才会产生相干输出。每个码字相互之间都是正交的、或非相关的,使得不是利用相同码序列进行编码的信号在译码时,都会被译码成为噪声。在常规CDMA系统中(例如蜂窝电话网络),网络控制器或基站根据需求分配或者解除分配码序列,使得每个发射机都能够通过相同的网络进行发送,而不会对其它发射机造成干扰。
常规CDMA接收机中包括多个相关器,其中每个相关器利用相同的码序列,但是采用不同的相位时延。理想情况是,只有与被发送码字同步的相关器才会产生相干输出,而且每个异相的相关器都会把接收到的信号译码为噪声。然而,接收机典型地以不同相位去接收由于被发送信号经过建筑物等等的反射而造成的被发送信号的多个副本。相位的差别是由于反射信号采用的从发射机到接收机之间的不同路径所造成的。常规CDMA接收机通过合并多个相关器的输出,其中每个相关器用于以不同相位接收相同的传输,从而可以有益地利用这种多径效应。
蜂窝通信应用已经得到了显著的发展,并且预计还将持续得以发展。这种提高发展与蜂窝通信用户数量的增长有关,并且还与每个用户所要求的通信量的增长有关。
随着蜂窝通信应用的增长,不同码字的要求也相应增加。通用的IS-95标准(大约1995年)要求使用64比特的正交沃尔什码,而较新的IS2000标准(大约2000年)中允许使用不同长度的沃尔什码和准正交函数(QOF)码。不同长度码字的使用,以及相互之间不必需完全正交的码字的使用都会导致信道之间的干扰的增加。除了由使用非正交码造成的干扰之外,不同长度的码字之间也会出现干扰,其原因在于例如较短码与较长码的特定分段之间不是正交的。
每用户通信提高的要求中包括要求每用户手机使用多个信道。例如,手机可用于同时通过语音信道和数据信道进行通信。常规多信道手机中包括多个相关器,其中每个相关器利用与信道之一相关的码字进行操作。例如,二信道接收机的实例中可以包含六个相关器,其中三个相关器以不同相位(用于多径接收)与一个码字进行操作,而且其它三个相关器以互不相同的相位与另一个码字进行操作。
非正交码字的使用还会对使用多相关器去克服或者利用多径效应的接收机造成负面的影响。如果相关器检测到弱相关值,该相关值可以是期望信号反射的结果,而且因此合并这一结果以及其它相关器的结果也是有益的。然而,如果相关值是其它非正交信道传输的结果,则合并其结果与其它相关器的结果就是有害的。
目前存在多种用于克服由增加使用非正交码而造成的干扰的技术,供基站使用。Bottomley等人,于1996年4月9日申请的题为“Systemand method for joint demodulation of CDMA signals(用于对CDMA信号进行联合解调的系统和方法)”的美国专利No.5506861中给出用于在多个时间扩散环境中,考虑和不考虑符号间干扰在内条件下,对单一和多个信号进行解调的方案,在此引入作为参考。这一方案通过使得基于整体信道的误差函数的最小化,可以确定多个信道中的每个信道内的比特或符号取值。最小化过程还包括每个信道内滤波器系数的动态调整。然而,这一方案的复杂性,使得它不适于手机内的实施例,而且这一方案并不能直接针对可变大小的码字。
具体实施方式
为了便于参考和理解,随后利用二信道CDMA手机的框图给出本发明,尽管本发明的原理可以等效用于多于两个信道,或者不同于手机的CDMA系统,就其该公开的阐述内容而言,这对于本领域的普通技术人员来说是非常明显的。
图1中说明了示范多信道(二信道)CDMA手机100的示范框图。在接收机110的输出,接收到的信号可以被表示为:
(每个信道中的被发送信号)
(被发送信号的多径分量)
(所有其它信号的所有路径)
(所有其它噪声)
其中Xc是码道c中被发送的信息符号,wi是与通信路径i相关的权值或衰减,而且
C c是信道码字c。根据所采用的特定编码方案,符号X可以是二进制单比特值,或者M进制的多比特值,并且以术语“符号”表示。由于码字被用于整个被发送符号,因此用矢量
C来表示码字,由下划线来标识。为了便于理解,假设码字的长度相同。处理不同长度码字的技术也会随后给出。
接收到的信号被送到多个译码器路径或“分支”中,每个分支具备不同的相位时延120。在每个路径i内,滤波器130补偿信道权值和其它因素的影响,而且该滤波信号被应用到相关器140a、140b,对与被发送符号X1和X2相对应的信号yi,1和yi,2进行译码。应该注意的是,与从多个异步手机中接收多路传输信号的常规基站不同,同一用户的多信道信息X1和X2相互之间是同步的。这样,与被发送信号的信道码之一同步,或者与被发送信号的多径反射码之一同步的分支也会与其它信道编码的每个分支保持同步。这种同步可以相应地由上述以及随后公式中的项
C 1和
C 2的每一个的对应来表示。
不失一般性,经过信道权值补偿之后,滤波器130输出端中经过滤波的接收信号可以被表示为:
r i=X1 C 1(t-τi)+X2 C 2(t-τi)+
n(被发送信号加噪声)
其中由于对特定分支来说,多径、所有其它信号以及噪声因素都是噪声元素,因此它们的影响都被包含在噪声分量
n中。
相关器140在相位i的输出y可以被表示为:
yi,1=(X1 C 1(t-τi)+X2 C 2(t-τi)+
n)·
C 1
yi,12=(X1 C 1(t-τi)+X2 C 2(t-τi)+
n)·
C 2
其中·表示内积。在多径译码系统中,每个分支的输出y都经过多径处理器160进行合并,并且在输出yi,1和yi,2的组合的基础上,利用本领域内通用的平均或其它技术,确定对应于被发送符号X1和X2的符号值S1和S2。如果使用单个分支,或者如果没有检测到多径信号,则在单一分支输出y的基础上得到输出符号S1和S2。
如果相关器140的相位直接或者经过多径与参考相位相同,则相关器的输出可以被表示为:
y1=X1+X2(
C 2·
C 1)+n·
C 1
y2=X1(
C 1·
C 2)+X2+n·
C 2
注意到,如果两个码字C1和C2是正交的,则两个码字的内积就是为零。这样,当没有与CDMA码字相关的噪声的情况下,并且如果两个码字是正交的,则输出y就会对应于被发送符号X。
在常规CDMA接收机中,通过比较数值y与对应于不同符号值的取值范围相比较,可以确定与信号y相对应的符号取值。在二进制信号的情况下,编码可以典型地是+1/-1,分别对应于逻辑高和逻辑低取值。这样,在常规系统中,如果相关器140的输出y为正,则报告逻辑高,作为确定到的与被发送信号X相对应的二进制值;如果输出y是负值,则报告逻辑低。
如果使用非正交码,则码字C1和C2的内积就不会为零,并且每个输出y1和y2分别会受到另一信道中接收到的信号X2和X1的负面影响。如果提供额外的信道,并且采用非正交码字,则由于码字之间的非零相关值,因此信道间干扰所造成的负面影响就会增加。
根据本发明,提供解相关器150,去抑制使用非正交码而造成的负面影响。两个码字之间的相关值可以被表示为:
注意到,由于多信道接收机已经知道码字C1和C2,因此可以在多信道接收机中确定这种相关值及其逆。还值得注意的是,由于码字之间相互同步,则相关值一项独立于相位。在解相关器150使用可确定的相关值的逆,去抑制非正交码字的影响,生成解相关的一组信号z,表示为:
根据本发明,信号z1和z2中的每个信号都被用于分别去确定与被发送符号X1和X2相对应的符号值。也就是,例如如果被发送的信号是二进制的+/-1取值,则通过信号z的正负号,就可以确定与被发送符号X相对应的逻辑取值。在多径译码系统中,每个分支的输出z被合并起来,并且在这些输出组合值的组合的基础上,利用常规多径译码技术去确定符号值。
如上述公式的说明,通过应用码字C1和C2之间相关值的逆,就可以抑制由于使用非正交码字C1和C2所造成的影响。如果码字实际上是正交的,则码字之间的相关值就是零,并且其逆就是单位值,而且解相关操作不会有影响。通过上述公式还说明,相关矩阵及其逆矩阵不取决于相位,也不取决于接收符号的取值,因此在最初分配码字的时候,就可以计算上述矩阵,并且在接收多信道通信期间应用。注意到,由于该解相关过程的应用可以改善常规确定的信号y,因此R的逆单位矩阵可以被用于解相关器150,同时可以计算得到逆矩阵,这样,如果用于确定逆矩阵的处理器比较慢,则可以避免通信中出现的任意时延。
图2中根据本发明,说明了对应于不同长度码的处理的时序图。在该实例中,第一码字
C 1的长度是第二码字
C 2长度的四倍。经过第一码字
C 1编码的输入符号X1的长度也相应地为经过第二码字C2编码的输入符号X2长度的四倍。也就是,对于每个符号X1可以传输四个符号X2。在图2中,每个序列符号X被标识为X(1)、X(2)、X(3)等等。在符号X(1)1的符号周期内,会出现四个较短符号X(1)2、X(2)2、X(3)2、X(4)2。当第一信道的下一个符号X(2)1开始时,第五个较短符号X(5)2也开始。较长码
C 1被表示为四个分段
C 1[1]、
C 1[2]、
C 1[3]和
C 1[4],每个分段的长度都与较短码
C 2的长度相同。
根据本发明,在与较短码
C 2相对应的每个间隔j,j=1,4内,生成信号值y,如下:
码字之间的相关值可以表示为:
也就是,每个分段的相关值被定义为较短码和较长码的每个相应分段之间的相关值。这种分段特定的相关值被用于在解相关器150内抑制较短码和较长码分段之间非正交的影响,如下:
在每个间隔(z(1)2、z(2)2、z(3)2、z(4)2、z(5)2等)的输出值z2对应于不同的输入信号X2(X(1)2、X(2)2、X(3)2、X(4)2、X(5)2等)。由于码字
C 1扩展到四个时间间隔j,四个输出值z1[j]中的每个输出值构成分别对应于宽输入信号X1的四个分段的输出值z1的分段。也就是,z(1)1[j,j=1,4]对应于X(1)1,而z(2)1[j,j=1,4]对应于X(2)1,等等。注意到,由于输出z1的四个分段的每个分段对应于同一输入值X1,则任意输出值z1[j]可以被用于去确定相应的输入信号X1。根据本发明,在对应于码字
C 1的每个分段的各个输出值z1[j]的组合的基础上,确定输入信号X1。例如在二进制的情况中,值z1[j]的和的正负号被用于去确定输出符号。在M进制编码情况下,还可以使用值z1[j]的平均。或者,每个输出分段z1[j]可以被用于提供符号,而且可以使用投票系统去选择对应于输入符号X1的分段组合。在多径译码系统中,经过多径处理器160把每个分支组合输出z合并起来,并且在这些输出组合的基础上,利用例如加权平均的常规多径译码技术,去确定符号值。
注意的是,尽管在使用解相关器140去抑制较短码和每个分段之间相关值的影响的环境中,使用较长码的分段对信息信号的相应分段进行译码,但是该技术也可以独立于解相关器140应用。也就是,例如为了减少存储器的要求,或者重新使用被配置用于较短码的设计,可以通过以上详细描述的分段译码技术对较长码进行处理。类似地,分段的大小没有必要被限制为码字的长度。分段最好不应该超出两个信息符号的边界,而且通过选择每个码长度的公倍数作为分段长度,就可以实现这一点。
上述仅仅是说明了本发明的原理。因此应该可以理解到,尽管在此没有明确地描述或给出,但是本领域的技术人员能够做出各种设计,其中可以体现本发明的原理,而且处于本发明的精神实质和范围之内。例如,尽管说明了特定时延模块120,但是比特输入流可以被包含在连续移位寄存器中,并且不同的分支可以被配置仅仅从移位寄存器的不同分段中提取比特。以类似方式,尽管说明用于处理多径信号的多分支实施例,但是也可以使用单一分支的实施例。就本公开阐述内容而言,对于本领域的普通技术人员来说,这些以及其它系统配置和优化特征都是很明显的,并且被包含在所附权利要求的覆盖范围之内。
根据权利要求9的方法,相关矩阵R有益地独立于多个CDMA码C1和C2的相位。
根据权利要求9的方法,相关矩阵R有益地独立于组合信号。
权利要求10的系统100中的译码器140a有益地被配置去构成与每个分段相对应的过渡值y1[j]的组合,提供对应于信息信号X1的输出值z1。
权利要求10的系统100中有益地包括至少一个其它译码器140b,它被配置利用至少一个其它CDMA码字C2,对至少一个其它信息信号X2进行译码。
权利要求10中的至少一个其它CDMA码C2有益地具备与CDMA码字C1的分段C1[j]相对应的长度。
权利要求10的系统100中还有益地包括解相关器150,它被配置在过渡值y1[j]、至少一个其它译码器140b的输出y2、以及第一CDMA码字C1的相应分段和至少一个其它CDMA码字C2的每个之间的相关值R的基础上,提供输出值z1。
权利要求11的方法中还有益地包括,构成每个分段的输出值z1[j]的组合,以确定与信息符号X1相对应的输出符号S1。
权利要求11的方法中还有益地包括,在其它CDMA码字C2的基础上,从组合信号中确定外输出值z2,并且在CDMA码字C1和其它CDMA码字C2的相关值的逆的基础上,对输出值z1和其它输出值z2进行修改。