CN1661947B - Cdma重传信号联合检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种CDMA重传信号联合检测方法，该方法包括步骤：接收重复传送的各时隙信号；分别处理所述重复传送的各时隙信号；最大比合并所述处理的重复传送的各时隙信号；联合检测所述最大比合并的信号。利用本发明，实现了对各时隙分别进行联合检测和干扰抵消，对消除干扰后的信号再进行处理的解决方案。本发明在时隙CDMA系统重传信号联合检测方案中的应用，比如，在扩大覆盖和自动重发请求方案中的应用

Description

CDMA重传信号联合检测方法和装置 

技术领域

本发明涉及移动通信，尤其涉及CDMA重传信号联合检测方法和装置，特别适用于时隙码分多址系统的重传信号联合检测。 

背景技术

在CDMA移动通信系统中，存在着严重的多址干扰和符号间干扰。传统的单用户检测采用匹配滤波方法，匹配滤波器对经过信道响应的扩频序列波形进行相关匹配运算，实现信号的分离和检测。在多址干扰和多径干扰严重的情况下，传统的单用户匹配滤波方法的性能不能满足要求。在时隙CDMA系统中，可以采用联合检测技术。联合检测方法利用所有用户的发送信号及其信道响应的信息，把信号检测当作一个统一的相互关联的联合检测过程来完成。采用联合检测技术以后，抑制了多址干扰和符号间干扰，极大地提高了码分多址系统的性能。 

在移动通信系统中，信号重传的技术方案得到了广泛的应用。实际应用中比较典型的两个例子是： 

1)在ARQ(Automatic Repeat Request，自动重传请求)技术中的应用。接收机在对接收信号进行检测校验后，对校验错误的信号请求发送端重新传送。对于无线分组数据业务来说，为了保证通信的可靠性，ARQ机制是不可缺少的。混合ARQ技术是HSDPA(High Speed Downlink Packet Access，高速下行分组接入)技术的重要组成部分。 

2)在扩展系统覆盖(如边际网)以及降低发射功率方面的应用。针对这种应用，可以设计相应的映射关系，以固定方式重复发送信号。这种方案可以在不改变系统其它参数和配置的情况下，扩展系统的覆盖范围或降低信号的发射功率。 

对于重传信号的检测，有两大类处理方案：第一大类方案是只利用某一次传送的信号得到最终的检测结果，而丢弃其它次传送的信号；第二大类方案是将所有传送和重传的信号进行组合合并，并由此得到最终的检测结果。在组合合并的方案中，针对进行数据组合合并的参考点不同又有以下几种处理方案：第一种方案是在译码输出后(判决前)进行合并，实现方案参见图1；第二种方案是在解调后(译码前)进行合并，实现方案参见图2。图1和图2中anr是指信号幅度与噪声功率的比值。进行数据合并的位置越靠近原始接收信号，检测性能就越好。也就是说，在解调器输出端进行合并的性能要比在译码器输出端进行合并的性能好。对于时隙CDMA系统来说，还可以有第三种组合合并的方案，就是在联合检测之前进行组合合并。因此，希望有在联合检测之前进行组合合并方案的检测方法，即重传信号的联合检测方法。 

本发明的目的是针对上述现有技术的缺点，提供一种CDMA重传信号联合检测方法，该方法包括步骤： 

发明内容

接收重复传送的各时隙信号； 

分别处理所述重复传送的各时隙信号，该步骤包括：进行信道估计，并利用扩频码与信道响应的对应关系，得到组合信道响应；对接收信号进行匹配滤波； 

最大比合并所述处理的重复传送的各时隙信号，该步骤包括：对各时隙信号匹配滤波的结果进行最大比合并，得到合并后的匹配滤波结果；并对各时隙信号系统相关矩阵生成的结果进行合并，得到合并后的系统相关矩阵； 

联合检测所述最大比合并的信号，该步骤包括：利用合并后的系统相关矩阵对最大比合并后的匹配滤波结果进行运算。 

本发明的另一目的是针对上述现有技术的缺点，提供一种CDMA重传信号联合检测装置，其包括一匹配滤波单元，一T矩阵生成单元，一与匹配滤波单元和T矩阵生成单元连接的合并单元，以及一连接合并单元的联合检测单元，该匹配滤波单元和T矩阵生成单元接收各时隙信号，该合并单元对该匹配滤波单元的输出进行合并，并将合并结果输入给联合检测单元，以及该合并单元对T矩阵生成单元的输出进行合并，并将合并结果输入给联合检测单元。 

利用本发明，实现了对各时隙分别进行联合检测和干扰抵消，对消除干扰后的信号再进行处理的解决方案。本发明在时隙CDMA系统重传信号方案中的应用，比如，在扩大覆盖和自动重发请求方案中的应用。无论重传信号时隙 

附图说明

图1是现有技术中译码后合并方案的原理示意图； 

图2是现有技术中译码前合并方案的原理示意图； 

图3是TD_SCDMA业务时隙突发结构的示意图； 

图4是本发明实施例1 CDMA重传信号的联合检测方案1的方法原理框图； 

图5是图4的CDMA重传信号的联合检测方案1的装置原理框图； 

图6是图5的CDMA重传信号的联合检测方案1的具体实施模块图； 

图7是本发明实施例2 CDMA重传信号的联合检测方案2的方法原理框图； 

图8是图7的CDMA重传信号的联合检测方案2的装置原理框图； 

图9是图8的CDMA重传信号的联合检测方案2的一种具体实施模块图； 

图10是图9的干扰抵消器实现框图； 

图11是A矩阵示意图； 

图12是A_t和A_h矩阵示意图； 

图13是A^*T·A矩阵示意图； 

图14是删除后的A^*T·A矩阵示意图； 

图15是A_h ^*T·A_h矩阵示意图； 

图16是本发明实施例3 CDMA重传信号的联合检测方案3的方法原理框图； 

图17是图16的CDMA重传信号的联合检测方案3的装置原理框图； 

图18是图17的CDMA重传信号的联合检测方案3的一种具体实施模块图； 

图19是图18中的数据合并器实现图； 

图20是图18中的T合并器实现图； 

图21是原始A矩阵图； 

图22是扩展A矩阵图； 

图23是A_h ^1*T·A_h ¹矩阵图； 

图24是A^1′*T·A¹ ′矩阵图。 

具体实施方式

为了便于本领域一般技术人员实施与理解本发明，下面分别参照附图通过实施例描述本发明的方法和装置。 

针对3GPP TDD以及类似的时隙CDMA系统，我们提出了时隙CDMA系统在按时隙重复发送时的联合检测方法。 

在时隙CDMA重传信号的多数应用(如HSDPA和边际网)中，作为一种典型的简单情况，重传信号往往是时隙内仅有的激活码道，时隙内不存在其它的激活码道。当然，作为更一般化的情况，有重传信号的时隙内还可能存在有部分不重发的激活码道。针对重传信号是时隙内仅有的激活码道的典型情况，我们给出了本发明的基本方法，我们称为方案1；针对重传信号时隙内还有部分不重发的激活码道的一般情况，我们给出了本发明的两个扩展的方法，称为方案2和方案3。我们下面分别介绍这3个方案： 

1、方案1 

我们首先讨论重传信号是时隙内仅有的激活码道的情况，本发明公开的适用于时隙码分多址系统的重传信号联合检测方法包括如下三个步骤： 

a)针对重复传送的各时隙信号分别进行处理：首先进行信道估计，并利用扩频码与信道响应的对应关系，得到组合信道响应，然后对接收信号进行匹配滤波； 

b)对重复传送的各时隙信号进行最大比合并：对各时隙匹配滤波的结果进行最大比合并，并得到合并后的系统相关矩阵； 

c)进行联合检测：利用合并后的系统相关矩阵对最大比合并后的匹配滤波结果进行联合检测； 

这里，重复传送的各时隙信号，可以是一个完整时隙结构的数据，如图3中TD-SCDMA系统的时隙，包括信道估计码和两边的数据块；也可以只是完整时隙结构中一个或多数个符号的数据，如，图3时隙中的信道估计码部分和一边的数据块。下面以TD-SCDMA(即3GPP 1.28Mcps TDD)系统为例，具体介绍本发明的实施方案。 

详见图3，首先来看TD-SCDMA(即3GPP 1.28Mcps TDD)系统的业务时隙的突发信号结构为例，突发信号中部的信道估计码(midamble码，中间码)是用来进行信道估计的，两边的数据块(data symbols)用来传送业务数据。TD-SCDMA系统的参数为：时隙长为T_TS＝0.675ms＝675us；符号(扩频增益为16)长为：T_S＝12.5us；码片长为：T_C＝0.781us＝781ns。每个时隙有两个数据块，每个数据块含有22个符号，扩频增益为16，中间码的共有144(128+16)个码片。 

如图4所示，CDMA重传信号的联合检测方案1的方法是对匹配滤波后的信号进行最大比合并，然后再进行联合检测。 

设重复传送的第k_T(k_T＝1，2，…，K_T)次信号的接收信号可以表示为： 

$e^{\left(k_T\right)}=A^{\left(k_T\right)}d+n^{\left(k_T\right)}---\left(1\right)$

$e^{\left(k_T\right)}={(e_1^{\left(k_T\right)},e_2^{\left(k_T\right)},\·\·\·,e_{\mathrm{NQ}+W-1}^{\left(k_T\right)})}^T---\left(2\right)$

$n^{\left(k_T\right)}={(n_1^{\left(k_T\right)},n_2^{\left(k_T\right)},\·\·\·,n_{\mathrm{NQ}+W-1}^{\left(k_T\right)})}^T---\left(3\right)$

$d={(d_1^{\left(1\right)},d_1^{\left(2\right)},\·\·\·,d_1^{\left(K\right)},d_2^{\left(2\right)},\·\·\·,d_2^{\left(K\right)},\·\·\·\·\·\·,d_N^{\left(1\right)},d_N^{\left(2\right)},\·\·\·,d_N^{\left(K\right)})}^T---\left(4\right)$

其中，矩阵A^(kT)是对应时隙的扩频码和信道响应决定的系统矩阵。 

我们在联合检测前进行重复信号的合并，也即多个时隙的信号在合并后再做联合检测。具体的合并和联合检测算法如下： 

对于第k_T(k_T＝1，2，…，K_T)次重复传送的信号，首先进行对其进行信道估计，得到信道响应h^(kT)。然后利用扩频码与信道响应的对应关系，得到组合信道响应： 

$b^{\left(k_T\right)}=c^{\left(k\right)}\⊗h^{\left(k_T\right)}---\left(5\right)$

利用接收信号及其信道响应，我们就可以得到对第k_T次重复传送信号进行匹配滤波的结果(^*T表示共轭转置)： 

${\hat{d}}_{\mathrm{MF}}^{\left(k_T\right)}=A^{{\left(k_T\right)}^{*T}}{e}^{\left(k_T\right)}---\left(6\right)$

按照最大比合并原则，我们就可以得到合并后的匹配滤波数据的结果为： 

${\hat{d}}_{\mathrm{MF}}=\underset{k_T=1}{\overset{K_T}{\mathrm{\Σ}}}{A}^{{\left(k_T\right)}^{*T}}{e}^{\left(k_T\right)}=\underset{k_{T=1}}{\overset{K_T}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{d}}_{\mathrm{MF}}^{\left(k_T\right)}---\left(7\right)$

合并后的系统相关矩阵的结果为： 

$T=\left\{\begin{array}{cc}\underset{k_T=1}{\overset{K_T}{\mathrm{\Σ}}}{A}^{{\left(k_T\right)}^{*T}}{A}^{\left(k_T\right)}& \mathrm{ZF}-\mathrm{BLE}\\ \underset{k_T=1}{\overset{K_T}{\mathrm{\Σ}}}{A}^{{\left(k_T\right)}^{*T}}{A}^{\left(k_T\right)}+{\mathrm{\σ}}^{2}I& \mathrm{MMSE}-\mathrm{BLE}\end{array}\right.---\left(8\right)$

由此，我们就可以得到合并后数据的联合检测算法为： 

$\hat{d}={\left(T\right)}^{-1}{\hat{d}}_{\mathrm{MF}}={\left(T\right)}^{-1}\underset{k_T=1}{\overset{K_T}{\mathrm{\Σ}}}{A}^{{\left(k_T\right)}^{*T}}{e}^{\left(k_T\right)}---\left(9\right)$

这就是时隙CDMA重传信号的联合检测算法，我们称为时隙CDMA重传信号的联合检测方案1。 

参见图5，包括一匹配滤波单元，一T矩阵生成单元，一与匹配滤波单元和T矩阵生成单元连接的合并单元，以及一连接合并单元的联合检测单元，匹配滤波单元和T矩阵生成单元接收各时隙信号，合并单元合并该匹配滤波单元和T矩阵生成单元的输出，并将合并结果输入给联合检测单元。合并单元包括一数据合并器和一T合并器，该数据合并器和T合并器受控制数据的控制；数据合并器对匹配滤波单元的输出进行合并，T合并器对T矩阵生成单元的输出进行合并。 

匹配滤波单元包括顺序连接的信道估计模块、B矩阵生成器以及A矩阵生成器，其输出是A矩阵的共轭转置与时隙信号的积；T矩阵生成单元包括顺序连接的A矩阵生成器和T生成器，其输出是T矩阵。匹配滤波单元接收各时隙信号，生成匹配滤波数据 

，该T矩阵生成单元接收各时隙信号生成相关矩阵T⁽ⁱ⁾。CDMA重传信号的联合检测方案1相对于传统联合检测方法增加了一个码合并的过程，所以在本发明的实现装置中增加了“合并单元”。图5中的“合并单元” 完成公式(7)、(8)所示 

和T⁽ⁱ⁾的合并功能，生成 

和T输入给联合检测单元。 

图6举例性的给出CDMA重传信号的联合检测方案1的一种具体实施方式。 

其中，信道估计模块接收时隙信号，给出信道响应h；B矩阵生成器计算  $b=c\⊗h;$ A矩阵生成器按照下式来生成A矩阵： 

共扼转置、矩阵相乘、矩阵求逆模块实现矩阵的相应运算；T矩阵生成器按照下式来生成T矩阵： 

$T=\left\{\begin{array}{cc}{A}^{*T}\·A& \mathrm{ZF}-\mathrm{BLE}\\ A^{*T}\·A+{\mathrm{\σ}}^{2}I& \mathrm{MMSE}-\mathrm{BLE}\end{array}\right.---\left(11\right)$

在图5实现方案中，有两个合并器：一个数据合并器，一个T合并器。合并器实现的运算包括清零和数据相加操作，从而完成多次重复传送数据块及相应T阵的叠加功能(对应公式(7)、(8))。 

合并器内设有一存储器来存储叠加结果，其大小可在收端接收数据前进行配置。 

A^*T为(N·K)×(N·Q+W-1)的矩阵，e为(N·Q+W-1)的列向量，A^*T·e为(N·K)的列向量。所以数据合并器内存储器的大小为(N·K)个复数。 

T矩阵的大小由A^*T·A决定，为(N·K)×(N·K)，由于矩阵的重复结构，只需存储大约(K·K)个数据。所以T合并器内存储器的大小约为(K·K)。 

现以某一数据块的2次传输说明数据合并器的工作过程。 

TD-SCDMA系统，数据块长度为N＝22，共占K＝10个码道，所以数据合并器内存储器的大小为(N*K)＝220。 

数据合并器的第一次输入记为 第二次输入记为 

数据合并器的第一次输出记为 

第二次输出记为 

在第一次输入前控制端向数据合并器发送清零信号，数据合并器内的各位存储单元的值置为0。第一次输入数据到达数据合并器后，将其与存储单元逐位相加的结果写入存储单元的相应位，之后输出存储单元的数值。所以有  ${\hat{d}}_{\mathrm{CMF}}^{\left(1\right)}={\hat{d}}_{\mathrm{MF}}^{\left(1\right)}.$

第二次输入数据到达数据合并器后，将其与存储单元逐位相加的结果写入存储单元的相应位，之后输出存储单元的数值。所以有 ${\hat{d}}_{\mathrm{CMF}}^{\left(2\right)}={\hat{d}}_{\mathrm{MF}}^{\left(1\right)}+{\hat{d}}_{\mathrm{MF}}^{\left(2\right)}.$

这样，数据合并器可完成公式(7)的功能。 

T合并器的工作过程与数据合并器相同，T合并器可完成公式(8)的功能。 

所以，K_T次传输时，方案1的输出如公式(9)所示。 

2、方案2 

为了使时隙CDMA重传信号的联合检测方法可以用于重传时隙内存在其它非重复激活码道的情况，我们下面提出一种在时隙中存在部分不重发码道激活的情况下的解决方案，我们称之为时隙CDMA重传信号的联合检测方案2。方案2的方法原理框图参见图9。 

CDMA重传信号的联合检测方案2的特点是先进行联合检测干扰抵消然后再进行合并和联合检测输出。图9为图8的一个具体实施例。联合检测干扰消除单元，接收匹配滤波单元和T矩阵生成单元的输出，然后将处理结果输出给合并单元。该联合检测干扰消除单元与合并单元受相同的控制数据的控制。该联合检测干扰消除单元包括联合检测单元和干扰消除单元，联合检测单元接收匹配 滤波单元的输出，恢复不重发码道的数据并输出给干扰消除单元，干扰消除单元进行抵消，保留重发码道的信号，并输出给合并单元。 

如图7所示，本发明提出的时隙CDMA重传信号的联合检测方案2的基本原理就是，如果在重发时隙中存在不重发的码道，则首先进行本时隙的联合检测，恢复不重发码道的数据后进行干扰抵消，抵消结果为只保留重发数据的信号。各重发时隙干扰抵消后的结果再按照方案1的方法进行CDMA重传信号的联合检测。图8是实现CDMA重传信号的联合检测方案2的装置示意图。 

图9我们给出了方案2在反馈重传时(即，每次重传都进行一次合并，且输出合并后的联合检测结果)的一种具体实施模块图。从图9看出，相对于方案1，方案2增加了“干扰抵消器”的处理过程，干扰抵消器的实现框图见图10。 

图10中的“干扰抵消器”完成选通和干扰消除的功能： 

选通功能由选通控制器和A、e、T、 

A^*T·e选通器(1-5)共同构成。干扰抵消器还包括一数据分离单元连接 

选通器，一矩阵分离单元连接A选通器，一删除操作单元连接T选通器。选通功能使包含非重传数据的A^*T·e和T经过干扰抵消处理，而使仅含重传数据的A_h ^*T·e_h和T_h直接通过“干扰消除器”，达到减少运算量的目的。选通控制器的输出由参数L_CD(重发数据的符号数)和L_KD(当前传输数据块的符号数)决定。L_CD＝L_KD选通控制器输出“-1”，选通器1-4断开、5闭合，此时A^*T·e和T直接输入到相应的合并器，此次数据的处理过程与方案1相同，这样方案2中干扰抵消过程就是透明的；L_CD≠L_KD选通控制器输出“+1”，选通器1-4闭合、5断开，此时输入数据需要进行干扰抵消处理。 

干扰抵消包括数据干扰抵消和T矩阵的删除操作两个部分。 

◆数据干扰抵消 

联合检测之前接收到的数据也可表示为： 

e＝A_h·d_h+A_t·d_t+n          (12) 

其中，d_h为数据块中重发的符号；d_t为数据块中非重发的符号；A_h为重发码道所对应的A矩阵，A_t为非重发码道所对应的A矩阵。设： 

e_h＝A_h·d_h+n                (13) 

则有 

e_h＝e-A_t·d_t                (14) 

数据干扰抵消就是从e中分离出e_h。 

首先通过“数据分离”功能块从 

中分离出d_t，通过“矩阵分离”功能块从A中分离出A_t和A_h。 

为了更清楚地说明有关运算的过程，我们用一个简单的例子来描述。我们取N＝3(在TD-SCDMA中N＝22)，码道数为5，其中1，2，3码道被重发数据占用，4，5码道被非重发数据占用。 

记A＝(a₁，a₂，a₃…a₁₅)，则 

A_h＝(a₁，a₂，a₃，a₍₅₊₁₎，a₍₅₊₂₎，a₍₅₊₃₎，a_(5*2+1)，a_(5*2+2)，a_(5*2+3))， 

A_t＝(a₄，a₅，a₍₅₊₄₎，a₍₅₊₅₎，a_(5*2+4)，a_(5*2+5))，其中a_i为列向量。A和A_t、A_h的构成见图11、12。所以可从A矩阵中分离出A_t和A_h矩阵“矩阵分离操作”就完成该功能。 

得到d_t和A_t后，就可根据公式(14)经过矩阵相乘和相减运算得到e_h，e_h 与A_h的共扼转置相乘得到A_h ^*T·e_h。 

◆T矩阵的删除操作 

T矩阵的删除操作就是从T分离出T_h的过程。 

仍以5码道和N为3为例说明T矩阵的删除操作。由于 

A＝(a₁，a₂，a₃…a₁₅)，A_h＝(a₁，a₂，a₃，a₍₅₊₁₎，a₍₅₊₂₎，a₍₅₊₃₎，a_(5*2+1)，a_(5*2+2)，a_(5*2+3))，可以得到： 

$A^{*T}\·A=\left\{\begin{array}{ccc}{a}_1^{*T}\·a_1,& a_1^{*T}\·a_2\·\·\·& a_1^{*T}\·a_{15}\\ a_2^{*T}\·a_1,& a_2^{*T}\·a_2\·\·\·& a_2^{*T}\·a_{15}\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ a_{15}^{*T}\·a_1,& a_{15}^{*T}\·a_2\·\·\·& a_{15}^{*T}\·a_{15}\end{array}\right\}---\left(15\right)$

$A_h^{*T}\·A_h=\left\{\begin{array}{ccc}{a}_1^{*T}\·a_1,& a_1^{*T}\·a_2,& a_1^{*T}\·a_3,a_1^{*T}\·a_{(5+1)}\·\·\·a_1^{*T}\·a_{(5*2+3)}\\ a_2^{*T}\·a_1,& a_2^{*T}\·a_2,& a_2^{*T}\·a_3,a_2^{*T}\·a_{(5+1)}\·\·\·a_2^{*T}\·a_{(5*2+3)}\\ a_2^{*T}\·a_1,& a_3^{*T}\·a_2,& a_3^{*T}\·a_3,a_3^{*T}\·a_{(5+1)}\·\·\·a_3^{*T}\·a_{(5*2+3)}\\ a_{(5+1)}^{*T}\·a_1,& a_{(5+1)}^{*T}\·a_2,& a_{(5+1)}^{*T}\·a_3,a_{(5+1)}^{*T}\·a_{(5+1)}\·\·\·a_{(5+1)}^{*T}\·a_{(5*2+3)}\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ a_{(5*2+3)}^{*T}\·a_1,& a_{(5*2+3)}^{*T}\·a_2,& a_{(5*2+3)}^{*T}\·\·a_3,a_{(5*2+3)}^{*T}\·a_{(5+1)}\·\·\·a_{(5*2+3)}^{*T}\·a_{(5*2+3)}\end{array}\right\}---\left(16\right)$

图13中给出了A^*T·A矩阵的结构。比较公式(15)和(16)，A_h ^*T·A_h是由A^*T·A中的元素构成。具体操作过程见图13-15，先将A^*T·A矩阵的(4，5，(5+4)，(5+5)，(5×2+4)，(5×2+5))行和列删除(图14)，再将剩余的元素组合在一起可得A_h ^*T·A_h(图15)。需要删除的行号和列号相同，可表示为s_i，i＝1…N·M。 

s_(n-1)*M+m＝(n-1)*K+k_m；n＝1…N，m＝1…M    (17) 

其中，M为不需重发的码道数；将所有激活的码道号，按由小到大的方式从1开始编号，k_m为第m个不需要重发码道的编号。 

根据公式(11)，在Z迫零算法中T＝A^*T·A、 $T_h=A_h^{*T}\·A_h;$ 在最小均方误差算法中T＝A^*T·A+σ²I、 $T_h=A_h^{*T}\·A_h+{\mathrm{\σ}}^{2}I.$ 所以从T分离出T_h的过程与从A^*T·A中分离出A_h ^*T·A_h的过程相同，即两个过程中删除的行和列的编号相同。 

最后“干扰消除器”输出A_h ^*T·e_h和T_h，A_h ^*T·e_h与“合并器”中存储的数据的相加结果存入合并器后输出；T_h与“合并器”中存储的数据的相加结果存入合并器后输出。 

K_T次传输时，方案2的联合检测结果为： 

${\hat{d}}_h={\left(\underset{k_T=1}{\overset{K_T}{\mathrm{\Σ}}}{T}_h^{\left(k_T\right)}\right)}^{-1}\·(\underset{k_T=1}{\overset{K_T}{\mathrm{\Σ}}}{A}_h^{{\left(k_T\right)}^{*T}}\·e_h^{\left(k_T\right)})---\left(18\right)$

图8相对于图5增加了“联合检测干扰抵消单元”。该单元完成消除重传数据块中非重复数据的功能，输出重复数据所对应的匹配滤波数据和T矩阵。 

3、方案3 

在方案2中，进行合并信号联合检测前先要进行一次单时隙的联合检测，相当于在重发时隙需要做两次联合检测。在固定重发K_T次的情况下(第1到K_T-1次传输的处理过程为：联合检测-干扰抵消；第K_T次为：联合检测-干扰抵消-合并-联合检测)，需要做K_T+1次联合检测；在反馈重发K_T次的情况下(第1次传输的处理过程为：联合检测-干扰抵消；第2到K_T次为：联合检测-干扰抵消-合并-联合检测)，需要做2K_T-1次联合检测。由于联合检测计算量较大，一个时隙增加一次联合检测会给接收机的实现带来较大的困难。 

为了减少有不重发码道时联合检测的次数，我们提出了时隙CDMA重传信号的联合检测方案3。方案3方法原理框图参见图16。 

在方案3中，为了减少一次联合检测运算，可以有一个重发时隙(如最后一次发送的时隙，为了叙述方便，我们就称之为最后时隙)的信号不做干扰抵消，直接和其它时隙干扰抵消后的结果进行合并。在最大比合并中，最后时隙(不做干扰抵消，自然也不需要先做联合检测)保留所有码道的结果，已经做过干扰抵消的时隙按照最后时隙的形式做最大比合并，其中对应不重发码道的部分相当于信道响应为零、匹配滤波结果也为零。这样，对于最后时隙，重发和不重发信号的检测结果一起直接得到，我们从中选出我们需要的信号即可。即，第1到K_T-1次传输的处理过程为：联合检测-干扰抵消；第K_T次为：合并-联合检测)。 

在反馈重发应用中，如果在本次合并信号联合检测后还有重发，则用这次联合检测的结果对合并信号或对最后时隙信号进行干扰抵消，得到干扰抵消后的数据供以后的合并和联合检测使用。即，第1到K_T-1次传输的处理过程为：合并-联合检测-干扰抵消；第K_T次为：合并-联合检测)。 

在方案3中，进行合并信号联合检测前不需要对最后一个重发时隙进行一次单时隙的联合检测，在最后一个重发时隙只需要做一次合并，在固定或反馈重发K_T次的情况下，只需要做K_T次联合检测。方案3没有增加联合检测的次数。 

CDMA重传信号的联合检测方案3为了减少运算量，提出包含非重复数据的数据块与仅包含重复数据的数据块合并的方法，并且将干扰抵消过程置于联合检测单元之后。 

CDMA重传信号的联合检测方案3的实现装置，见图17，包括：一匹配滤波单元，一T矩阵生成单元，一与匹配滤波单元和T矩阵生成单元连接的两次合并单元，一连接两次合并单元的联合检测单元，以及一与联合检测单元和两次合并单元相连的干扰抵消单元。该匹配滤波单元和T矩阵生成单元接收各时隙信号，该两次合并单元首先将该匹配滤波单元和T矩阵生成单元的输出与已进行干扰抵消的匹配滤波结果和T矩阵相合并，并将合并结果输入给联合检测单元，联合检测单元输出解扩后的数据，干扰抵消单元输出经过干扰抵消的匹配滤波结果和T矩阵，两次合并单元再合并所有已进行干扰抵消的匹配滤波结果和T矩阵。 

图17中的“合并单元”与图5与图8的“合并单元”所完成的功能有些差异，因此，图17中的“合并单元”表示为“二次合并单元”。差异是： 

将当前所传数据匹配滤波输出 $A^{\left(i\right)*T}\·e^{\left(i\right)}={\hat{d}}_{\mathrm{MF}}^{\left(i\right)}$ 与收端已接收的数据去干扰后的结果相叠加，即 ${\hat{d}}_{\mathrm{MF}}^{\left(i\right)}+\underset{k-1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{d}}_{\mathrm{MF}}^{\′\left(k\right)}={\hat{d}}_{\mathrm{MF}}^{\′\′};$

通过矩阵扩展和叠加操作得到与 

所对应的T矩阵T″。 

图18为图17的一个具体实施例。其中，该两次合并单元包含一两次数据合并器和一两次T合并器，该两次数据合并器和两次T合并器受控制数据的控制；两次数据合并器对匹配滤波单元的输出及干扰抵消单元的匹配滤波输出结果进行合并，两次T合并器对T矩阵生成单元的输出及干扰抵消单元的T矩阵进行合并。两次合并单元可进一步分为一两次数据合并器和一两次T合并器。干扰抵消单元，连接在联合检测单元之后，其输出结果输入到合并单元。 

在每次重传中(除最后一次重传)，两次数据合并器先将匹配滤波单元的输出与已进完成干扰抵消的匹配滤波输出结果进行合并(若干扰抵消的匹配滤 波输出结果与匹配滤波输出结果的长度不一致，对之进行扩展，使两者的长度相同)，然后将合并结果送往联合检测单元，联合检测单元输出扩频后的数据块，干扰抵消单元把接收数据e⁽ⁱ⁾中的重传数据分离出来，然后与和重传数据相对应的A⁽ⁱ⁾矩阵的共轭转置相乘，以匹配滤波结果的形式输出，该结果再与两次数据合并器中已有的经过干扰消除的匹配滤波结果相合并。 

在每次重传中(除最后一次重传)，两次T矩阵合并器先将T矩阵生成单元的输出与已进完成干扰抵消的T矩阵(T^(k)，k＜i)进行合并(若干扰抵消的T矩阵与T矩阵输出单元结果的长度不一致，对之进行扩展，使两者的长度相同)，然后将合并结果送往联合检测单元，联合检测单元输出扩频后的数据块，干扰抵消单元把接收数据e⁽ⁱ⁾中的重传数据分离出来，并生成与重传数据相对应的T⁽ⁱ⁾矩阵，T⁽ⁱ⁾再与两次T矩阵合并器中的其它T矩阵(T^(k)，k＜i)相合并。 

“干扰抵消单元”完成消除重传数据块e⁽ⁱ⁾中非重复数据的功能，输出重复数据e_h ⁽ⁱ⁾所对应的匹配滤波输出和T矩阵。重传数据块中可能存在非重复数据，干扰抵消单元利用联合检测单元输出数据块中的非重复数据抵消重传数据块中的非重复数据，从而达到从重传数据块e⁽ⁱ⁾中分离出重复数据的目的，并以匹配滤波结果的形式输出。干扰抵消单元还输出与重复数据相对应的T矩阵T⁽ⁱ⁾。 

方案2是先进行干扰抵消后进行合并和联合检测输出的系统；方案3则是先进行合并及联合检测输出，干扰抵消最后进行并且干扰抵消仅为下一次的合并做准备。 

方案3与方案2的在实现上有两点不同： 

1合并器的处理过程； 

2干扰抵消的时间； 

如图19和图20所示，由于方案3和方案2干扰抵消的时间不同，所以两者在合并器的处理上有所不同。 

方案3的目标是减小运算量，实现的关键在于仅包含重传数据的数据块能与包含其它数据和重传数据的数据块进行合并解码，方案3的“合并器”正是 基于这一思想建立的。数据合并器包括一数据扩展器以扩展重传数据的长度；该T合并器包括一T矩阵扩展器以扩展T矩阵的长度。 

所以合并存储器(数据)仅存储 合并存储器(方阵)仅存储 ${\hat{T}}_h=\underset{k_T=1}{\overset{K_T-1}{\mathrm{\Σ}}}{T}_h^{\left(k_T\right)}$ 。当第k_T次输入有非重传数据时就需要分别对 和 ${\hat{T}}_h=\underset{k_T=1}{\overset{K_T-1}{\mathrm{\Σ}}}{T}_h^{\left(k_T\right)}$ 进行扩展使之分别能与A^(Kr)*T·e^(Kr)及T^(Kr)进行合并。 

现以两次传输为例说明数据扩展过程： 

第一次传输收端收到的数据块为： 

$e^1=A_h^1\·d_h+n---\left(19\right)$

A_h ¹为(3*16+16-1)×(3*3)的矩阵，d_h为(3*3)的列向量，即扩频因子为16，估计窗长为16，占用1，2，3码道，N为3。 

第二次传输收端收到的数据块为： 

$e^2=A_h^2\·d_h+A_t^2\·d_t+n=A^2\·d+n---\left(20\right)$

A²为(3*16+16-1)×(3*5)的矩阵，d为(3*5)的列向量，相对于第一次传输增加了2个码道(4和5码道)的非重发数据。 

扩展操作主要是为使数据便于合并。从接收端的角度，我们可以引入如下表示，第一次发送的数据为： 

$e^1=A_h^1\·d_h+0\·d_t+n=A^{1^{\′}}\·d+n---\left(21\right)$

原始矩阵A_h ¹如图21所示，扩展后的矩阵A¹′如图22所示。 

由上述记号，我们可以写出： 

$A_h^{1^{*T}}\·e^1={\{a_1^{*T}\·e^1,a_2^{*T}\·e^1,a_3^{*T}\·e^1,a_6^{*T}\·e^1{,a}_7^{*T}\·e^1,a_8^{*T}\·e^1,a_{11}^{*T}\·e^1,a_{12}^{*T}\·e^1,a_{13}^{*T}\·e^1\}}^T$

$A^{1^{\′*T}}\·e^1={\{a_1^{*T}\·e^1,a_2^{*T}\·e^1,a_3^{*T}\·e^1,\mathrm{0,0},a_6^{*T}\·e^1,a_7^{*T}\·e^1,a_8^{*T}\·e^1,\mathrm{0,0},a_{11}^{*T}\·e^1,a_{12}^{*T}\·e^1,a_{13}^{*T}\·e^1,\mathrm{0,0}\}}^T$

其中，A^1′*T·e¹是在不改变接收数据，且假设与第二次所传数据相同情况下得到的理想匹配滤波输出，可用于和A^2*T·e²进行合并。 

比较A_h ^1*T·e¹和A^1′*T·e¹，可在A_h ^1*T·e¹中插入(3*2)个0得到A^1′*T·e¹。“数据合并器3”中的扩展器就完成该功能。 

具体可按如下方法实现： 

先建立一数组m，m的长度为扩展后码道的总个数Kn。将各码道号(包括重传和非重传码道)按大小排列存入数组，然后将扩展码道号的值置为“0”，原码道号的值置为1。 

如：重发数据占用了1、2、3码道，扩展码道为4、5。 

排列后为：1、2、3、4、5 

令m＝{1，1，1，0，0}。 

For(i＝0；i＜N；i++) 

{ 

for(k＝0；k＜Kn；k++) 

if(m[k]＝＝1) 

输出一输入值； 

else 

输出0 

} 

N为每一码道的符号数。 

T矩阵扩展过程 

与A_h ¹和A¹′对应的A_h ^1*T·A_h ¹和A^1′*T·A¹′分别见图23和图24。 

比较A_h ^1*T·A_h ¹和A^1′*T·A¹′，可在A_h ^1*T·A_h ¹中插入(3*5)²-(3*3)²个0得到A^1′*T·A¹′。“T合并器3”中的扩展器就完成该功能 

具体可按如下方法实现： 

先建立一数组m，m的长度为扩展后码道的总个数Kn。将各码道号(包含重传码道和非重传码道)按大小排列存入数组，然后将扩展码道号的值置为“0”，原码道号的值置为1。 

如：重发数据占用了1、2、3码道，扩展码道为4、5。 

排列后为：1、2、3、4、5 

令m＝{1，1，1，0，0}。 

将方阵按列输入到“T合并器3”中。 

For(i＝0；i＜N*Kn；i++) 

{ 

if(m[i mod Kn]＝＝1) 

    For(i2＝0；i2＜N；i2++) 

{ 

for(k＝0；k＜Kn；k++) 

if(m[k]＝＝1) 

输出一输入值； 

else 

输出0 

} 

else 

输出N*Kn个0 

} 

i mod Kn表示取模运算。 

在迫零算法中T＝A^*T·A；所以上述方法适用于T矩阵的扩展。 

在最小均方误差算法中T＝A^*T·A+σ²·I，需要对上述方法进行修改。如下： 

For(i＝0；i＜N*Kn；i++) 

{ 

if(m[i mod Kn]＝＝1) 

    For(i2＝0；i2＜N；i2++) 

{ 

for(k＝0；k＜Kn；k++) 

if(m[k]＝＝1) 

输出一输入值； 

else 

输出0 

} 

else 

{ 

For(m＝0；m＜N*Kn；m++) 

if(m＝＝i) 

  输出σ²

else 

  输出0 

} 

} 

两次传输时方案3的工作过程： 

在第一次传输数据到达收端之前，通过控制数据将“数据合并器3”内存储器的各位值置“零”，数据长度L_CD置为(3*3)(重发数据的符号数)；数据扩展器的长度L_KD置为(3*3)。同时“T合并器3”内存储器的各位值置“零”，数据长度L_CT置为(3*3)²(重发数据所对应方阵的元素个数)；数据扩展器的长度L_KT置为(3*3)²。 

当A_h ^1*T·e¹到达“数据合并器3”的数据输入端口1时，控制线触发存储器输出(3*3)个“0”，由于此时L_CD＝L_KD，数据扩展器变成透明的，这样A_h ^1*T·e¹与“0”逐位相加，“数据合并器3”最后输出仍为A_h ^*T·e¹。 

当T_h ¹到达“T合并器3”的数据输入端口1时，控制线触发存储器输出(3*3)²个“0”，由于此时L_CT＝L_KT，方阵扩展器变成透明的，这样T_h ¹与“0”逐位相加，“T合并器3”最后输出仍为T_h ¹。 

由于第一次传输的数据不包含非重发数据，所以L_CD＝L_KD，干扰消除器对于A_h ^1*T·e¹和T_h ¹时透明的。A_h ^1*T·e¹到达“数据合并器3”的数据输入端口2与合并存储器逐位相加，所得结果A_h ^1*T·e¹写入合并存储器中；T_h ¹到达“T合并器3”的方阵输入端口2与合并存储器(方阵)逐位相加，所得结果T_h ¹被写入合并存储器(方阵)中。 

第一次传输接收结束且第二次传输数据到达收端之前，通过控制数据将数据扩展器的长度L_KD置为(3*5)。同时“T合并器3”内数据扩展器的长度L_KT置为(3*5)²。 

当A^2*T·e²到达“合并器(数据)”的数据输入端口1时，控制线触发存储器输出A_h ^*T·e¹S。由于此时L_CD＜L_KD， 数据扩展器进行扩展操作，将A_h ^*T·e¹扩展为(3*5)的列向量(A_h ^*T·e¹)′，这样“数据合并器3”输出A^2*T·e²与(A₁ ^*T·e¹)′逐位相加的结果。 

当T²到达“T合并器3”方阵输入端口1时，控制线触发存储器输出T_h ¹。由于此时L_CT＜L_KT，数据扩展器进行扩展操作，将T_h ¹扩展为(3*5)×(3*5)的方阵(T¹)′，然后输出T²与(T¹)′逐位相加的结果。 

此时，将“合并器(方阵)”的输出结果求逆再与“合并器(数据)”的输出结果相乘即可得到将两次传输数据块合并的联合检测输出结果。 

由于在第二次传输中包含了非重发数据，为下一次传输的合并做准备需要进行干扰抵消处理。如图10所示，L_CD≠L_KD选通控制器输出“+1”，选通器1-4闭合、5断开。 

第二次传输数据的干扰消除过程与方案2的干扰消除过程相同。利用输入数据及已有的联合检测结果通过干扰抵消过程得到A_h ^2*T·e_h ²和T_h ²。 

$T_h^2=\left\{\begin{array}{cc}{A}_h^{2^{*T}}\·A_h^2& \mathrm{ZF}-\mathrm{BLE}\\ A_h^{2^{*T}}\·A_h^2+{\mathrm{\σ}}^{2}I& \mathrm{MMSE}-\mathrm{BLE}\end{array}\right.$

A_h ^2*T·e_h ²到达“合并器(数据)”的数据输入端口2与合并存储器逐位相加，所得结果(A_h ^2*T·e_h ²+A_h ^1*T·e_h ¹)写入合并存储器(数据)中；去除非重发码道的T_h ²到达“合并器(方阵)”的方阵输入端口2与合并存储器逐位相加，所得结果(T_h ²+T_h ¹)被写入合并存储器(方阵)中。 

K_T次传输时，方案3的联合检测结果为： 

${\hat{d}}_h={({\left(\underset{k_T=1}{\overset{K_T-1}{\mathrm{\Σ}}}{T}_h^{\left(k_T\right)}\right)}^{\′}+T^{\left(K_T\right)})}^{-1}\·({(\underset{k_T=1}{\overset{K_T-1}{\mathrm{\Σ}}}{A}_h^{{\left(k_T\right)}^{*T}}\·e_h^{\left(k_T\right)})}^{\′}+A^{{\left(K_T\right)}^{*T}}\·e^{\left(K_T\right)})---\left(22\right)$

式中， “′”表示扩展操作。 

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，因此，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。 

Claims (16)

1.一种CDMA重传信号联合检测方法，其特征在于，该方法包括步骤：

A)接收重复传送的各时隙信号；

B)分别处理所述重复传送的各时隙信号，该步骤包括：进行信道估计，并利用扩频码与信道响应的对应关系，得到组合信道响应；对接收信号进行匹配滤波；

C)最大比合并步骤B)中输出的信号，得到最大比合并的信号，该步骤包括：对各时隙信号匹配滤波的结果进行最大比合并，得到合并后的匹配滤波结果；并对各时隙信号系统相关矩阵生成的结果进行合并，得到合并后的系统相关矩阵；

D)联合检测所述最大比合并的信号，该步骤包括：利用合并后的系统相关矩阵对最大比合并后的匹配滤波结果进行运算。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，联合检测为线性联合检测，和/或非线性的联合检测。

3.如权利要求1-2之一所述的方法，其特征在于，在进行合并信号联合检测前先要对所有重传时隙分别进行单时隙的联合检测干扰抵消。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤B)包括B1)判断重传时隙信号内是否有非重传数据；B2)如果有非重传数据，重传时隙内存在其它激活码道，恢复不重发码道的数据并进行干扰抵消，抵消后保留重发码道的信号，消除其它激活码道的影响，然后进入步骤C)；B3)如果没有非重传数据，则进入步骤C)。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，当重传时隙内存在其它激活码道时，对除最后一个时隙外的各个时隙分别进行联合检测和干扰抵消处理，得到消除干扰后的信号，消除其它激活码道的影响，所述最后一个时隙不单独做联合检测和干扰抵消处理；对各时隙消除干扰后的信号以及所述最后一个时隙的时隙信号按照最后一个时隙的形式进行最大比合并和联合检测。 

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述重传时隙内的重传数据的数据块与包含其它数据和重传数据的数据块进行合并解码。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述重复传送的各时隙信号，是一个完整时隙结构的数据，或是完整时隙结构中一个或多数个符号的数据。

8.一种CDMA重传信号联合检测装置，其特征在于，包括一匹配滤波单元，一T矩阵生成单元，一与匹配滤波单元和T矩阵生成单元连接的合并单元，以及一连接合并单元的联合检测单元，该匹配滤波单元和T矩阵生成单元接收各时隙信号，该合并单元对该匹配滤波单元的输出进行合并，并将合并结果输入给联合检测单元，以及该合并单元对T矩阵生成单元的输出进行合并，并将合并结果输入给联合检测单元。

9.如权利要求8所述装置，其特征在于，该合并单元包括一数据合并器和一T合并器，该数据合并器和T合并器受控制数据的控制；数据合并器对匹配滤波单元的输出进行合并，T合并器对T矩阵生成单元的输出进行合并。

10.如权利要求9所述装置，其特征在于，该数据合并器包括一数据扩展器以扩展重传数据的长度；该T合并器包括一T矩阵扩展器以扩展T矩阵的长度。

11.如权利要求8所述装置，其特征在于，匹配滤波单元包括顺序连接的信道估计模块、B矩阵生成器以及A矩阵生成器，其输出是A矩阵的共轭转置与时隙信号的积；T矩阵生成单元包括顺序连接的信道估计模块、B矩阵生成器、A矩阵生成器、共轭转置器、矩阵相乘器和T生成器，其输出是T矩阵，

其中所述T矩阵生成单元中的矩阵相乘器用于将所述A矩阵与所述A矩阵的共轭转置矩阵相乘。

12.如权利要求8所述装置，其特征在于，进一步包括一联合检测干扰消除单元，接收匹配滤波单元和T矩阵生成单元的输出，然后将处理结果输出给合并单元。

13.如权利要求12所述装置，其特征在于，该联合检测干扰消除单元与合并单元受相同的控制数据的控制。 

14.如权利要求12所述装置，其特征在于，该联合检测干扰消除单元包括联合检测单元和干扰消除单元，联合检测单元接收匹配滤波单元的输出，恢复不重发码道的数据并输出给干扰消除单元，干扰消除单元进行抵消，保留重发码道的信号，并输出给合并单元。

15.如权利要求14所述装置，其特征在于，该干扰消除单元包括一干扰抵消器，其包括一选通控制器，A、e、T、 

A^*T·e选通器，一数据分离单元连接 

选通器，一矩阵分离单元连接A选通器，一删除操作单元连接T选通器；选通控制器的输出对各选通器进行控制，数据分离单元、矩阵分离单元或删除操作单元的输出与各选通器的输出经计算后，得到的信号分别输出到相应的数据合并器和T合并器。

16.如权利要求8所述装置，其特征在于，进一步包括一干扰抵消单元，连接在联合检测单元之后，其输出结果输入到合并单元。 

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