CN1561593A

CN1561593A - 一种基于mimocdma的接收方法及装置

Info

Publication number: CN1561593A
Application number: CN02819172.2A
Authority: CN
Inventors: 王刚; 王丹丹; 徐绍君
Original assignee: Linkair Communications Inc
Current assignee: Linkair Communications Inc
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2005-01-05
Also published as: AU2002315715A1; WO2003103201A1

Abstract

本发明为一种基于MIM0 CDMA的接收方法及装置，其特征在于，发射端：至少采用两个发射天线发射信号；接收端：至少采用一个接收天线接收发射天线发射的信号，并且通过对信道的估计获得信道参数，采用该信道参数和最大似然原理的步骤得到输出信号。本发明将ML原理应用于MIMO+CDMA系统中。有效的解决了在多径移动环境下的信号接收问题。它的出现使得MIMO用于CDMA成为可能。它无论是对提高系统容量，或是传输更高速的数据都是适用的。在应用中载波的多少可以根据带宽灵活安排，而接收机的变化不大。这也使其能够适应将来的多载波的CDMA系统。

Description

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体的讲其是一种基于 MIMO CDMA的接收方法及装置。

背景技术

如今，个人移动通信技术正在如火如茶的发展，而其历史可以追溯到 80 年代，因为 80年代是移动蜂窝时代的开始。当时的移动通信采用的是模拟方式。 80 年代末，引入了用数字传输方式的第二代移动通信系统。第二代使用的是时分多址（TDMA )和码分多址（CDMA ) 的数字调制方式。

TDMA 方式的主要缺点是：系统容量仍不理想；与频分多址（FDMA ) 方式一样， TDMA方式的越区切换性能仍不完善。为了克服 FDMA和 TDMA两种多址方式的缺点，北美推出了 IS - 95 / CDMA数字移动通信系统。 IS - 95 / CDMA 系统以其频率规划筒单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信廣量好、软容量等特点显示出巨大的发展潜力，并立即在全世界范围内掀起一股研究 CDMA技术的热潮。第三代数字蜂窝移动通信系统的两大主要候选方案是北美的 CDMA2000系统和欧洲的 WCDMA系统，其都是建立在 CDMA技术基础上的系统，可见 CDMA 已被广泛接收为第三代移动通信系统的重要技术。

CDMA (code divi s ion mul t iple access)，即码分多址，分配给每个用户唯一编码序列（扩频码），用于对它的承载信号进行扩频编码。在发端，将有用信号经扩频处理后，频语被展宽；在收端，利用伪码的相关性作解扩处理后，有用信号频语被恢复成窄带谱。宽带无用信号与本地伪码不相关，因此不能解扩，仍为宽带谱；窄带无用信号则被本地伪码扩展成为宽带谱。由于无用的干扰信号为宽带谱而有用信号为窄带谱，我们可以用一个窄带滤波器排除带外的干扰电平，于是窄带内的信噪比就大大提高了。

在第三代移动通信和以后的第四代移动通信系统中，由于其高速数据业务以及多媒体业务等的引入，使得在现有紧张的无线频带资源情况下，对频带利用率的要求越来越高。在这种技术背景下利用多天线发送以及接收就成为可能，从而产生了一种多进多出的系统 MIMO ( Mult iple Input Mult iple Output )。 MIMO技术是在发送和接收方都有多个（N)天线，，原则上可以将峰值容量提高 N倍，还可将编码重用和小的调制星相图相结合，得到其它中间速率。

移动信道的一个显著特点就是其有多径时延。传统的 CDMA使用瑞克 ( RAKE )接收机利用多径的特点，分集接收，大大提高了增益。当 MIM0引入到 CDMA中后，由于信道条件的改变，接收端信号的形式也发生了变化，这样如何处理多径就成为接收端一个急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于 MIMO CDMA 的接收方法及装置，用以解决因为接收方法而导致的 MIMO CDMA 系统的性能下降的问题，即：在多径系东环境下，如何接收信号的问题。并且达到无论是在低速环境还是在高速环境中，无论是对单个用户还是多个用户，本发明的性能都能保持良好的目的。

本发明的技术方案为：一种基于 MIMO CDMA的接收方法，其特征在于，发射端：至少采用两个发射天线发射信号；接收端：至少采用一个接收天线接收发射天线发射的信号，并且通过对信道的估计获得信道参数，釆用该信道参数和最大似然原理的步骤得到输出信号。

所述的发射端至少采用两个发射天线发射信号是指：发射端可采用两个或两个以上的发射天线对信号进行发射；所述的接收端至少采用一个接收天线接收发射天线发射的信号是指：接收端可以采用一个或一个以上的接收天线接收发射天线发射的信号。

所述的发射端至少采用两个发射天线发射信号是指：发射端可釆用两个发射天线对信号进行发射；所述的接收端至少采用一个接收天线接收发射天线发射的信号是指：接收端可以采用两个接收天线接收发射天线发射的信号。

所述接收端的接收步骤包括：

接收端至少采用一个接收天线接收发射天线发射的信号；

通过对信道的估计获得信道参数；

采用最大似然原理的步骤得到接收条件；

对接收到的信号进行解扩；

对解扩后的信号进行解调，得到输出信号。

所述接收端的接收步驟还可进一步包括：

接收端采用接收天线 1和接收天线 2接收发射天线 1和发射天线 2发射的信号；

设： ^代表发射天线 1与接收天线 1之间的信道时域响应向量；在两径的瑞利（Rayleigh ) 衰落信道下，设：信道的响应特性在一个符号内保持不变；

设 = [A₂₁，/_½]...H₄ = [A₄₁ , A₄₂ ];其中/ ί„代表发射天线 1 与接收天线 1之间多径的第一径， Α₁₂代表了第二径，其余以此类推；设 b₁ b₂为发射天线 1和发射天线 2 上的发射符号；

设发射天线 1 和发射天线 2 上用的是同一个扩频码 C(t)，

C(t)

C = r.it) 、 r₂(t)为接收天线 1和接收天线 2上的接收到的信号;

C(t-Tc) 由于？^ ^^^^ + ^^ （见图 1)，这样在接收天线 1 上收到的信号中不仅含有 b_p 也有 b₂, 且对于整个接收端而言， bp ^都是有用信息；

采用最大似然原理的步骤得到接收条件如下：

T+Tc HI H3

让 \ r,(t)-[b ,b C,r₂ t)-[b , C dt 最小；

HI HA

T _s

f h ( C ^T H B

一 , r₂ (t dt - C ^T H "^T B

最小；亦即：让最小

根据上式进行接收，其中信道估计是对信道 H',H"进行估计，两个天线接收到的信号经过解扩后为 Y₂₎将上述条件输入到解调器中进行解调；

解调时，利用最小欧式距离原理进行联合解调，得到输出信号。

所述的一种基于 MIMO CDMA的接收方法，其可适用于单载波，此时接收端需对接收到的信号进行去载波处理。

所述的一种基于 MIMO CDMA的接收方法，其可适用于多载波，此时接收端需对接收到的信号进行去载波处理。所述的一种基于 MIMO CDMA的接收方法，其可推广到两个以上的发射天线和一个接收天线的接收方法中。

所述的一种基于 MIMO CDMA的接收方法，其可推广到两个以上的发射天线和两个以上的接收天线的接收方法中。

本发明还提供了一种基于 MIMO CDMA的接收装置，其中包括：

发射装置，发射天线；接收天线，接收装置；

所述的接收装置为：通过信道估计得到信道参数并经最大似然原理步骤处理而得到接收结构的接收装置；

其中：发射装置的输出信号为发射天线的输入，发射天线的输出信号经过信道衰减后作为接收天线的输入，接收天线的输出信号为接收装置的输入，接收装置输出还原的信号。

所述的发射天线包括: 两个或两个以上的发射天线; 所述的接收天线包括：一个或一个以上的接收天线。

所述的发射天线包括：两个发射天线；所述的接收天线包括：两个接收天线。

所述的接收装置包括：可获得信道参数的信道估计装置；可对接收到的信号进行解扩的解扩装置；采用最大似然原理和最小欧式距离原理的联合解调装置。

所述的一种基于 MIMO CDMA的接收装置，其还包括去载波装置。

本发明的效果在于，解决了因为接收方法而导致的 MB10 CDMA 系统的性能下降的问题。使得无论是在低速环境还是在高速环境中，无论是对单个用户还是多个用户，本发明的性能都能保持良好。本发明将最大似然原理（ML: Maximum Likel ihood )应用于 M 10 CDMA系统中，有效的解决了在多径移动环境下，如何接收信号的问题。它的出现使得 MIM0用于 CDMA成为可能。其大大的提高了系统容量，能够传输更高速的数据。并且，当两个天线用的是同一个扩频码时，就可以给一个用户用来传高速数据；当使用的是不同的扩频码时，就可以用来承载不同的用户。载波的多少都可以根据带宽灵活安排，而接收机的变化不大，这对于将来的多载波的 CDMA系统也同样适用。

附图说明

图 1为两发两收的信道示意图；

图 2为双发射系统简图；

图 3为接收示意图；

图 4为 ML接收机 1径、 2径，两载波仿真曲线图，其中 BER: 误码率， SNR: 信噪比；

图 5为不同车速下的性能（三载波）仿真曲线图；

图 6是使用传统的 MRC (最大比值合并）与本专利的 ML方法的结果的比较仿真曲线图。

具体实施方式

本发明通过对信道的参数估计，获得多径信道的信道参数。利用最大似然原理获得的接收机，以此参数解调出最后的符号。

下面以两发两收的系统为例，说明本发明方法及装置。

如图 1所示， ^代表发射天线 1和接收天线 1之间的信道时域响应向量。为了筒单起见，信道用的是两径的 Rayleigh衰落信道。假设信道的响应特性在一个符号内保持不变，这在慢衰落的信道中是很容易满足的。记

- [/^,/^.,.^ -ΙΛπ, ₂]；其中代表发射天线 1和接收天线 1 之间多径的第一径， A₁₂代表了第二径，其他的以此类推。

传统的 CDMA是 SISO (single-input single-output)系统，这样 RAKE 接收机只需对本用户的信号进行多径的合并，其他的信号均作为干扰。然 β

而如图 2所示，记 b b₂为天线 1和天线 1 上的发射符号，假设天线 1和天线 1上用的是同一个扩频码 C(t) (当然这里的 C(t)也可用两个不同的扩频码，此时只需在接收端（见图 3) 的解扩部分同时使用两个扩频码解扩

C(t)

即可）。 b₁₅ 13₂是同一个用户的信息。简单起见，设 C: r_t(t) 、 r₂(t)

C(t-Tc) 为接收天线 1和接收天线 2 上的接收到的信号。 t^b^C + bAC, 这样在接收天线 1上收到的信号中不仅含有 b_p 也有 b₂。对于整个接收端而言， b_p 13₂都是有用信息。所以传统的 CDMA接收机把其他并传的符号都看成是干扰的做法在这里这能带来性能的下降。即使把 b_p b₂信息都接收下来，如何从中分离出 b₁₅ b₂呢？本发明就解决了这个问题。

下面就用 ML (maximum likelihood) 准则来推出本接收机的结构图。 ML准则就是让

C dt (1) 最小

则：

T+T

BH'cf + (r₂(t)-BH"c)²dt

T- Tc T+Ta

r_x{t)

一 J [BH'C,BH"C dt + j[BH'CC^TH'^TB^T + BH"CC^TH"^TB^T )* dt hit) 0 因为 ²(ο+Γ₂ ²(ο)¾代表接收能量，所以上式最小即等价于：

(2)

记：： Τ1= ]r_x{t)-C^Tdt,Y2= ]r₂{t)-C^Tdt,R= fc.C , T_s是一个符号的时间长度。

若扩频码具有良好的自相关特性，则 R是一个单位阵。这时（2)可以化简为

所以（2)式最小就是求（3)最小。根据 ( 3)设计的接收机结构如图 3: 其中信道估计是对信道 H'，H "进行估计，两个天线接收到的信号经过解扩后为将上述条件输入到解调器中，解调器利用最小欧式距离原理，进行联合解调，从而获得最佳输出。

本接收方法不仅适用于单载波，还适用于多载波系统。只要在图 3 接收机的解扩前面加上去载波的设备就可。

下面给出一些仿真结果。仿真的条件如下:

图 4是使用两载波时的仿真性能，图 5是使用三载波时的性能。其中的软译码的意思是用维特比译码器，直接完成从接收信号到 bi t 的判决。可见在多径条件下，它的接收性能也很好。图 5还说明了，这种接收方法完全适用于高速移动状态。多用户时只要扩频码字得性能足够好，影响也不是很大。图 6是使用传统的 MRC (最大比值合并）与本专利的 ML方法的结果的比较。性能改善是明显的。

这种最佳接收方法的复杂度和星座图的大小，发射接收天线的数目的多少有关系。在单用户， 16QAM调制，两发两收的情况下，复杂度为 16²；推广之，对单用户，若用的是 M调制，有 n个信号联合解调（即有 n个发射，接收天线），每个天线上使用 k个载波的话，则复杂度和成正比。考虑到移动终端不可能有太多的天线，所以 n取 1是比较合适的。

本发明将 ML原理应用于 MIM0 + CDMA 系统中。有效的解决了在多径，多载波时，如何接收信号的问题。它的出现使得 MIM0用于 CDMA成为可能。它无论是对提高系统容量，或是传输更高速的数据都是适用的。当两个天线用的是同一个扩频码时，就可以给一个用户用来传高速数据。当使用的是不同的扩频码时，就可以用来承载不同的用户。载波的的多少都可以根据带宽灵活安排，而接收机的变化不大。这也必将可以用于将来的多载波的 CDMA系统。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。

Claims

权利要求

1. 一种基于 MIMO CDMA 的接收方法，其特征在于，发射端：至少釆用两个发射天线发射信号；

接收端：至少采用一个接收天线接收发射天线发射的信号，并且通过对信道的估计获得信道参数，采用该信道参数和最大似然原理的步骤得到输出信号。

2. 根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述的发射端至少采用两个发射天线发射信号是指：发射端可采用两个或两个以上的发射天线对信号进行发射；所述的接收端至少采用一个接收天线接收发射天线发射的信号是指：接收端可以采用一个或一个以上的接收天线接收发射天线发射的信号。

3. 根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述的发射端至少采用两个发射天线发射信号是指：发射端可采用两个发射天线对信号进行发射；所述的接收端至少采用一个接收天线接收发射天线发射的信号是指：接收端可以采用两个接收天线接收发射天线发射的信号。

4. 根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述接收端的接收步骤包括：

接收端至少釆用一个接收天线接收发射天线发射的信号；

通过对信道的估计获得信道参数；

采用最大似然原理的步骤得到接收条件；

对接收到的信号进行解扩；

对解扩后的信号进行解调，得到输出信号。

5. 根据权利要求 2 所述的方法，其特征在于，所述接收端的接收步驟包括：

接收端可以采用一个或一个以上的接收天线接收发射天线发射的信号；通过对信道的估计获得信道参数；

采用最大似然原理的步骤得到接收条件;

对接收到的信号进行解扩；

对解扩后的信号进行解调，得到输出信号。

6. 根据权利要求 3 所述的方法，其特征在于，所述接收端的接收步骤包括：

接收端采用接收天线 1和接收天线 2接收发射天线 1和发射天线 2发射的信号；

设：代表发射天线 1与接收天线 1之间的信道时域响应向量；在两径的 Rayleigh衰落信道下，设：信道的响应特性在一个符号内保持不变；

设 = [h_n, _l2 ];H₂ = [h_2l,h₂₂ ]...H₄ = [A₄₁,A₄₂];其中^代表发射天线 1 与接收天线 1之间多径的第一径, A₁₂代表了第二径, 其余以此类推；

设 b_p b₂为发射天线 1和发射天线 2 上的发射符号；

设发射天线 1 和发射天线 1 上用的是同一个扩频码 C (t)，则可设

C(t)

C r, (t) 、 r₂ (t)为接收天线 1和接收天线 2上的接收到的信号;

C(t - Tc) 由于 r ) = + 这样在接收天线 1 上收到的信号中不仅含有 b 也有 b₂, 且对于整个接收端而言， b₁ 1)₂都是有用信息；

采用最大似然原理的步骤得到接收条件如下： T+Tc ( HI

即：让 _ η( - [& ₁₅b C,r₂(t)-[b_x, dt 最小；

0 HI

即：让

C ^T H B

dt 一

C ^T H "^T B

T

BH CC ¹ H B ¹ + BH CC H B dt 最小；亦即：让最小；

根据上式进行接收，其中信道估计是对信道 H',H"进行估计，两个天线接收到的信号经过解扩后为 Υ_1; Υ_2>将上述条件输入到解调器中进行解调；

解调时，利用最小欧式距离原理进行联合解调，得到输出信号。

7. 根据权利要求 6 所述的方法，其可适用于单载波，此时接收端需对接收到的信号进行去载波处理。

8. 根据权利要求 6 所述的方法，其可适用于多载波，此时接收端需对接收到的信号进行去载波处理。

9. 根据权利要求 6 所述的方法，其可推广到两个以上的发射天线和一个接收天线的接收方法中。 .

10. 根据权利要求 6所述的方法，其可推广到两个以上的发射天线和两个以上的接收天线的接收方法中。

11. 一种基于 MIMO CDMA的接收装置，其中包括：

发射装置，发射天线；接收天线，接收装置；

所述的接收装置为：通过信道估计得到信道参数并经最大似然原理步骤处理而得到接收结构的接收装置；

其中：发射装置的输出信号为发射天线的输入，发射天线的输出信号为接收天线的输入，接收天线的输出信号为接收装置的输入，接收装置输出还原的信号。

12. 根据权利要求 11所述的装置，其特征在于，所述的发射天线包括：两个或两个以上的发射天线；所述的接收天线包括：一个或一个以上的接收天线。

13. 根据权利要求 11所述的装置，其特征在于，所述的发射天线包括：两个发射天线；所述的接收天线包括：两个接收天线。

14. 根据权利要求 11或 12或 13所述的装置，其特征在于，所述的接收装置包括：

可获得信道参数的信道估计装置；

可对接收到的信号进行解扩的解扩装置；

采用最大似然原理和最小欧式距离原理的联合解调装置。

15. 根据权利要求 14所述的装置，其还包括去载波装置。