CN1512697A - 基于cdma系统的多用户检测的简化去相关的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种基于CDMA系统的多用户检测的简化去相关方法，包括如下步骤：a：接收无线信号S；b：获得一个信道相关矩阵R，取该矩阵R的部分以获得部分相关矩阵R_P；c：对部分相关矩阵R_P求逆，从而获得矩阵V^(m)；d：根据所述移动终端的发送信号D的相应位置所对应的V^(m)分别从接收信号S中恢复发送信号D。本发明根据信道相关矩阵R的特点，仅根据相关矩阵R的对角线子矩阵R_P的逆阵完成解调，从而大大降低求逆所需的计算量，而解调性能损失很少。

Description

基于CDMA系统的多用户检测的简化去相关的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种基于CDMA系统的去相关方法及其装置，尤其涉及一种TD-SCDMA的多用户检测简化去相关方法及其装置。

背景技术

在信道多径扩散、符号间干扰(ISI)和多址接入干扰(MAI)的共同影响下，如何把多用户干扰抵销算法，即去相关法的复杂度降低到可接受的程度是多用户检测技术能否实用的关键。接收信号向量S可表达为发送信号矢量D左乘一个信道相关矩阵R并加上噪声矢量n的和。解调接收信号向量S得到发送信号的估计 的算法中，最复杂的一步在于求信道相关矩阵R的逆矩阵R^-1，如现有技术一般采用下述方法：下行链路的扩频系数是SF＝16，假设在同一时隙内有K个用户且1≤K≤16，在每一个数据部分，总共有K*N个数据信号，每个用户有N＝22个数据信号，该K个用户的第n个发送数据信号D为

$D^{\left(n\right)}=(d_1^{\left(n\right)},d_2^{\left(n\right)},d_3^{\left(n\right)},...d_K^{\left(n\right)}),--n=1,...,N----\left(1\right)$

每个用户的信号序列包括N个间隔为Ts的数据，该数据取自星座表(1，j，-1，-j)，K用户的每个数据信号被该用户的特殊信号序列所扩频，信号序列表示为：

$C^{\left(k\right)}={(c_1^{\left(k\right)},c_2^{\left(k\right)},...,c_Q^{\left(k\right)})}^T,k=1,...,K---\left(2\right)$

这里[.]^T是矩阵转置，用户的签名序列包含Q个码片，码片宽度Tc等于Ts/Q，所述的Ts为信号宽度，通过各自的离散冲激响应来区别K个不同的信道，第k个信道的离散冲激响应表达为：

$H^{\left(k\right)}={(h_1^{\left(k\right)},h_2^{\left(k\right)},...,h_W^{\left(k\right)})}^T,k=1,...,K---\left(3\right)$

该冲激响应包含间隔为Tc(码片宽度)的W个采样。假定该通道冲激响应在一个时隙内保持不变。

很明显，W＞1时信号间干扰上升；同时信道畸变与非正交信号C^(k)造成多址干扰。该组合的信道冲激响应由卷积函数所定义：

$B^{\left(k\right)}={(b_1^{\left(k\right)},b_2^{\left(k\right)},...,b_{Q+W-1}^{\left(k\right)})}^T=C^{\left(k\right)}*H^{\left(k\right)},k=1,...,K---\left(4\right)$

接收码片序列e是K个用户信道码片序列的叠加，假设所有用户的信号同步到达，长度为(N·Q+W-1)个码片，且叠加一个同长度的噪声序列：

n＝(n₁，n₂，...，n_N·Q+W-1)^T                       (5)

接收序列可表达成

e＝(e₁，e₂，...，e_N·Q+W-1)^T＝A·D+n               (6)其中发送数据矢量信号

$D={(D^{\left(1\right)},D^{\left(2\right)},...,D^{\left(N\right)})}^T$

$={(d_1^{\left(1\right)},d_2^{\left(1\right)},...,d_K^{\left(1\right)},......,d_1^{\left(n\right)},d_2^{\left(n\right)},...,d_K^{\left(n\right)},......d_1^{\left(N\right)},d_2^{\left(N\right)},...,d_K^{\left(N\right)})}^T---\left(7\right)$

$={(d_1,d_2,...,d_{\mathrm{KN}})}^T$

其中d₁ ⁽ⁿ⁾，d₂ ⁽ⁿ⁾，...d_k ⁽ⁿ⁾为所有K个用户的第n个信号，这里

$d_j\stackrel{\mathrm{def}}{=}{d}_k^{\left(n\right)};j=k+K\·(n-1),k=1...K,n=1...N---\left(8\right)$

其中矩阵A＝(α_ij)；i＝1...(N·Q+W-1)，j＝1...K·N

假定用户签名序列C^(k)及信道互相关值H^(k)，k＝1...K在接收机中是已知的，处理接收序列e以获得对传输数据信号D的判决。目前使用迫零法以消除多址干扰及码间干扰，它的理论基础是最小化

这里

是所有K个用户的发送信号的估计，因此

这里[·]^H是共轭转置，A^He为匹配滤波器的输出，(A^HA)^-1A^Hn为噪声项，上述 包括期望输出D及噪声，没有多址干扰及码间干扰，它的协方差矩阵σ²(A^HA)^-1给出了噪声量的自相关。一般来说，噪声项的方差大于使用匹配滤波器方法得到的噪声项。去相关输出的每一信号的信噪比等于：

$\mathrm{\γ}(k,n)=1/{\mathrm{\σ}}^2{\left[\right({A^{H}A)}^{-1}]}_{j,j};$ j＝n+N·(k-1)    (12)k＝1...K，n＝1...N

令

R＝A^HA       (13)这样式(Eq.11)可表达为

由于R的矩阵求逆操作较复杂，因此现有的TD-CDMA系统中的计算负荷较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种简化的去相关法，它可大大降低多用户检测计算的复杂度。

为了解决上述技术，本发明所采用的技术方案为：提供一种简化的去相关法，包括如下步骤：

a：接收无线信号S；

b：获得一个信道相关矩阵R，取该矩阵R的某一部分以获得部分相关矩阵R_P；

c：对部分相关矩阵R_P求逆，从而获得矩阵V^(m)；

d：根据发送信号D的相应位置所对相应的V^(m)分别从接收信号S中恢复发送信号D。

根据上述方法所采用的装置，包括依次连接的用于定义部分相关矩阵R_P的相关计算装置；用于定义新的矩阵V⁽ⁿ⁾的矩阵求逆装置及抽取装置；用于将接收信号S与所述的矩阵V^(m)相乘的矩阵向量乘法器。

本发明根据信道相关矩阵R的特点，仅根据相关矩阵R的对角线子矩阵R_P的逆阵完成解调，从而大大降低求逆所需的计算量，而解调性能损失很少。假定P＝2，最大延时为4个码片，多径数目为4，总用户数为12时，其性能和没有简化时几乎一致。由于一个大小为M*M的矩阵的求逆计算的复杂度与M³成正比，因此当P＝2，N＝22时，部分求逆的计算复杂度只有原始没有简化求逆的计算复杂度的(5/22)³，使计算极大地简化了。同样，恢复信号的计算的复杂度与原装置相比也减少到原先的5/22。

附图说明

图1是本发明的简化去相关法所采用的装置。

具体实施方式

原始的发送数据信号D可表达为

$D=(......d_1^{(n-P)},d_2^{(n-P)},...,d_K^{(n-P)},......,d_1^{\left(n\right)},d_2^{\left(n\right)},...,d_K^{\left(n\right)},.......,d_1^{(n+P)},d_2^{(n+P)},...,d_K^{(n+P)}........)$

上述的d₁ ^(n-P)，d₂ ^(n-P)，…d_k ^(n-P)表示所有K个用户的第(n-P)个信号，上述的d₁ ⁽ⁿ⁾，d₂ ⁽ⁿ⁾，…，d_k ⁽ⁿ⁾表示所有K个用户的第(n)个信号，上述的d₁ ^(n+P)，d₂ ^(n+P)，…，d_k ^(n+P)表示所有K个用户的第(n+P)个信号。接收信号S可表达为

上述的

表示所有K个用户的第(n-P)个信号，上述的 表示所有K个用户的第(n)个信号，上述的

表示所有K个用户的第(n+P)个信号。下面我们定义

为S⁽ⁿ⁾，由于在TD-CDMA中假定多径扩散少于12码片，而下行链路中扩谱因子是16，所以距离超过两个信号间隔的信号间没有码间干扰，来自任意的一个特定其他用户的多址干扰和码间干扰能量通常远小于有用用户信号，为了恢复发送信号 $D^{\left(n\right)}=(d_1^{\left(n\right)},d_2^{\left(n\right)},d_3^{\left(n\right)},...d_K^{\left(n\right)}),$ 来自接收信号S^(t)(t＜n-P或t＞n+P)的干扰可被忽略，这就意昧着发送信号D⁽ⁿ⁾可从部分接收信号序列中恢复

表示所有K个用户的第(n-P)个信号，上述的

表示所有K个用户的第(n)个信号，上述的

表示所有K个用户的第(n+P)个信号。假定P足够大，这里我们定义一个部分相关矩阵R_P＝{r_i，j}，i，j＝1...(2P+1)K这里r_i，j是信道相关矩阵R的第i行第j列的元素。定义一个新的矩阵 $V^{\left(m\right)}=\left\{v_{i,j}^{\left(m\right)}\right\}$

$v_{i,j}^{\left(m\right)}={\left(R_p^{-1}\right)}_{i+(m-1)K,j},--i=1...K,j=1...(2P+1)K,m=1...2P+1$

这里R^-1 _P表示矩阵求逆，当P+1≤n≤N-P，可将发送信号D⁽ⁿ⁾恢复为

所述的

为发送信号的估计，当n≤P时，此时发送信号D⁽ⁿ⁾前面的干扰信号少于P个，发送信号D⁽ⁿ⁾可被恢复为

这里接收信号S_P ⁽ⁿ⁾被定义为

上述的

为所有K个用户的第一个信号，上述的 为所有K个用户的第n个信号，上述的 为所有K个用户的第2P+1个信号。当n≥N+1-P时，此时发送信号D⁽ⁿ⁾后面的干扰信号少于P个，发送信号D⁽ⁿ⁾可被恢复为

这里S_P ⁽ⁿ⁾被定义为

上述的 为所有K个用户的第N-2p个信号，上述的

为所有K个用户的第n个信号，上述的

为所有K个用户的第N个信号。

另外，该简化去相关法可被命名为部分去相关，其意义是仅根据当前信号的前后各P组信号，用去相关法去除前后信号对当前信号的影响。

如图1所示的是使用该简化去相关法所采用的装置的结构示意图：其包括K个匹配滤波器1及与K个匹配滤波器1一一对应连接的K个缓冲存储器2，以及用于定义部分相关矩阵R_P的相关计算装置3、后接于相关计算装置3的用于定义新的矩阵V^(m)的矩阵求逆装置4及抽取装置5，所述的缓冲存储器2的输出输、抽取装置5的输出端与矩阵向量乘法器6的输入端相连接。所述K个用户的基带信号，分别输入给一一对应连接的K个匹配滤波器1、及K个缓冲存储器2，从而得到接收信号S_P ⁽ⁿ⁾，所述的用户的签名序列C^(k)＝(c₁ ^(k)，c₂ ^(k)，...c_Q ^(k))^T、信道冲激响应H⁽¹⁾，H⁽²⁾，...，H^(k)、信道特殊乘法因子分别输入相关计算装置3计算得到部分相关矩阵R_P＝{r_i、j}，然后通过矩阵求逆装置4及抽取装置5得到R_P的逆阵V并从中抽取子阵V^(m)，所述的接收信号S_P ⁽ⁿ⁾及V^(m)通过矩阵向量乘法器6从而获得信号估计值

当然本发明并不局限于上述实施例所描述的装置及方法，由本领域普通技术人员所熟知的技术变换应均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1、一种基于CDMA系统的多用户检测的简化去相关法，用于移动终端，包括如下步骤：

a：接收无线信号S；

b：获得一个信道相关矩阵R，取该矩阵R的部分以获得部分相关矩阵R_P；

c：对部分相关矩阵R_P求逆，从而获得矩阵V^(m)；

d：根据针对所述移动终端的发送信号D的相应位置所对应的V^(m)从接收信号S中恢复发送信号D。

2、根据权利要求1所述的基于CDMA系统的多用户检测的简化去相关法，其中所述的部分相关矩阵R_P＝{r_i，j}，i，j＝1...(2P+1)K，所述的部分相关矩阵R_P是相关矩阵R的对角线上的子阵，所述的K为同一时隙内的用户数，其中P为对当前信号有影响的前后信号数；

3、根据权利要求2所述的基于CDMA系统的多用户检测的简化去相关法，其中所述的 $V^{\left(m\right)}=\left\{v_{i,j}^{\left(m\right)}\right\},$ 其中

$v_{i,j}^{\left(m\right)}={\left(R_p^{-1}\right)}_{i+(m-1)K,j},--i=1...K,j=1...(2P+1)K,m=1...2P+1$

4、根据权利要求1所述的基于CDMA系统的多用户检测的简化去相关法，

其中所述发送信号D⁽ⁿ⁾的位置分三种情况：

1)当1≤n≤P时，V^(m)＝V⁽ⁿ⁾，D⁽ⁿ⁾可被恢复为 ${\hat{D}}^{\left(n\right)}=V^{\left(n\right)}{S}_p^{\left(n\right)}$

2)当P+1≤n≤N-P时，V^(m)＝V^(P+1)，D⁽ⁿ⁾可被恢复为 ${\hat{D}}^{\left(n\right)}=V^{(P+1)}{S}_p^{\left(n\right)}$

3)当N+1-P≤n≤N时，V^(m)＝V(^2P+1+n-N)，D⁽ⁿ⁾可被恢复为 ${\hat{D}}^{\left(n\right)}=V^{(2P+1+n-N)}{S}_p^{\left(n\right)},$

所述的 为发送信号的估计，所述的n为码片位置。

5、根据权利要求1所述基于CDMA系统的多用户检测的简化去相关法，其中所述的接收信号S的为当P+1≤n≤N-P时

表示所有K个用户的第(n-P)个信号，上述的

表示所有K个用户的第(n)个信号，上述的 表示所有K个用户的第(n+P)个信号。当1≤n≤P时

上述的 为所有K个用户的第一个信号，上述的 为所有K个用户的第n个信号，上述的

为所有K个用户的第2P+1个信号。当N+1-P≤n≤N时

上述的

为所有K个用户的第N-2p个信号，上述的为所有K个用户的第n个信号，上述的 为所有K个用户的第N个信号。

6、根据权利要求2所述基于CDMA系统的多用户检测的简化去相关法，其中所述的1≤K≤16。

7、根据权利要求2所述的基于CDMA系统的多用户检测的简化去相关法，其中所述的P为一个整数，所述的N为22。

8、根据权利要求7所述的基于CDMA系统的多用户检测的简化去相关法，其中所述的P为2。

9、一种基于CDMA系统的移动终端，包括依次连接的

用于定义部分相关矩阵R_P的相关计算装置；

用于定义新的矩阵V⁽ⁿ⁾的矩阵求逆装置及抽取装置；

用于将接收信号S与所述的矩阵V^(m)相乘的矩阵向量乘法器。

10、根据权利要求9所述的基于CDMA系统的移动终端，还包括K个匹配滤波器以及与之一一对应连接的K个缓冲存储器。

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