CN1809043A - 频域子空间信道估计设备及方法、接收机及信号接收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种频域子空间信道估计设备及方法、接收机以及信号接收方法。其中，频域子空间信道估计方法依次包括步骤：根据接收信号获得信号子空间；根据码信道扩频码矢量并行地获得各码信道的码子空间；利用信号子空间和各码道码子空间的统计特性并行地获得各码道所对应矢量；将上述各矢量进行归一化处理后获得平均矢量，作为频域信道估计的结果。其中，该频域子空间信道估计设备，包括：一信号子空间获得设备(61)、一码矢量存储设备(62)、多个码子空间获得设备(63)、多个最小二乘处理设备(64)、以及一平均设备(65)。该频域子空间信道估计设备在提供可靠的频域信道估计的同时，可以很好地集成于现有的多载波码分多址系统的接收机中。
Description
技术领域
本发明涉及频域扩频码分多址系统，特别是涉及应用于频域扩频码分多址系统中的频域子空间信道估计设备及方法、接收机及信号接收方法。
背景技术
频域扩频码分多址技术结合了正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)和码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)技术的优势，在未来无线通信系统中占据重要地位。频域扩频码分多址系统主要包括两大类系统：一类为单纯频域扩频的多载波码分多址(Multi-Carrier CDMA，MC-CDMA)系统；另一类为在时间域和频率域同时扩频的双域码分多址(Two-Domain Spreading CDMA)系统。
在频域扩频码分多址系统中，多采用正交频分复用(OFDM)系统中已有的信道估计方法。这些信道估计方法包括MMSE、Wienner滤波、LMS、RLS、Kalman滤波以及非线性滤波等。由于其利用导频信息来估计信道，因此计算速度比较快，在信道条件较稳定时可以获得稳定可靠的信道估计。但是，当信道变化较快，或是出现严重衰落时，很难做出正确的信道估计。此外，导频信息的插入造成了频谱资源的浪费。
在2001年5月6日到9日召开的春季Vehicular Technology Conference大会上，Jun Wu，Yi Wang和Cheng，K.K.M等人发表的“Blind ChannelEstimation Based on Subspace for Multicarrier CDMA”一文中提出了“用于多载波码分多址系统的时域子空间盲信道估计方法”(收录于该会议录第4卷第2374-2378页)。该方法利用信号矢量与接收信号的噪声子空间正交的特点，将等效接收信号化成扩频码与时域信道响应卷积的形式，从而获得时域信道响应的估计，然后通过对时域信道响应进行离散傅里叶变换(DFT)，最终获得频域信道响应的估计。与利用导频信息来估计信道的方法相比，其不需要任何导频信息，因而有效地提高了频谱利用率。
在该文章中的仿真结果显示，该方法在有效提高频谱利用率的同时，可以提供具有一定可靠性的信道响应的估计。
然而，该方法应用了接收信号的噪声子空间，由于该噪声子空间的获得要通过信号的频域接收矢量，而估出的信道响应是时域的，因此需要同时运用时域和频域信息，其应用需要对现有的多载波码分多址系统做较大的变动，使其很难集成于现有的多载波码分多址系统中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种频域子空间信道估计设备。
本发明的另一目的在于提供一种频域子空间信道估计方法。
本发明的又一目的在于提供一种接收机。
本发明的再一目的在于提供一种信号接收方法。
根据本发明第一方面，提供了一种频域子空间信道估计设备，包括：一信号子空间获得设备，用于根据所接收的载波组的传输信号的统计特性，获得该传输信号的信号子空间矩阵，该载波组具有多个码信道，该多个码信道中至少部分码信道属于同一检测用户；一码矢量存储设备，用于存储上述属于该检测用户的码信道所对应的扩频码矢量；多个码子空间获得设备，用于并行地分别接收其所对应的扩频码矢量，并将扩频码矢量转化为对应的码子空间矩阵；多个最小二乘处理设备，用于并行地分别接收其所对应的码子空间获得设备所输出的码子空间矩阵、以及来自信号子空间获得设备的信号子空间矩阵，并将码子空间矩阵和信号子空间矩阵转化为二者所对应的矢量；以及一平均设备，用于统一接收自多个最小二乘处理设备的矢量，将各矢量的模进行归一化处理，并平均统一模后的矢量。
进一步，该信号子空间获得设备，包括：一自相关求解装置，用于接收载波组中的传输信号，并将其作为矢量进行自相关处理，得到该信号的自相关矩阵；一矩阵特征分解装置，用于将上述的自相关矩阵进行特征分解，得到该自相关矩阵的全部特征矢量和各个特征矢量对应的特征值；一特征矢量选择装置，用于根据矩阵特征分解装置所输入的特征值，按照一定的顺序选取特征矢量，并将选取的特征矢量依次串行输出；以及一矢量矩阵组合装置，将串行输入的特征矢量按照顺序组合为信号子空间矩阵。
其中，该矩阵特征分解装置选择输出全部特征矢量及其对应特征值，或者选择输出一个特定的特征矢量及其对应特征值至特征矢量选择装置。
进一步，最小二乘处理设备包括：一矩阵组合装置，用于将输入的信号子空间矩阵和码子空间矩阵进行组合为一个矩阵；一矩阵共轭转置装置，用于将矩阵组合装置输入的矩阵进行共轭转置运算，获得其共轭转置矩阵；一矩阵乘法器，用于将矩阵组合装置输入的矩阵和矩阵共轭转置装置输入的共轭转置矩阵相乘获得一矩阵；一矩阵特征分解装置，用于将矩阵乘法器输入的矩阵进行特征分解，得到该矩阵的全部的特征矢量和各个特征矢量对应的特征值；一子矢量截取装置，用于截短矩阵特征分解装置输入的矢量；以及一矢量求反装置，用于对子矢量截取装置输入的矢量求反。
其中，子矢量截取装置截取矢量方式为：截取输入矢量后部与载波组中载波数相同数量的矢量。
进一步，平均设备包括：多个矢量模归一化装置，用于并行接收各个码信道的最小二乘处理设备的输出矢量，并并行进行矢量模归一化处理；以及一简单平均器，用于将多个矢量模归一化装置并行输入的模归一后的矢量进行简单平均，获得一个平均矢量。
根据本发明的第二方面，提供一种频域子空间信道估计方法，其包括：
第一步骤，根据所接收的载波组的传输信号的统计特性，获得该传输信号的信号子空间矩阵，该载波组具有多个码信道，该多个码信道中至少部分码信道属于同一检测用户；
第二步骤，并行地接收各个码信道所对应的扩频码矢量，并将各个码信道所对应的扩频码矢量分别转化为其对应的码子空间矩阵；
第三步骤，并行地接收各个码信道所对应的码子空间矩阵、以及信号子空间矩阵，利用各个码信道所对应的码子空间矩阵和信号子空间矩阵的统计特性，分别获得各个码信道所对应的矢量；以及
第四步骤，统一接收各个码信道所对应的矢量，将各个矢量的模分别进行归一化处理，并平均统一模后的矢量。
其中，第一步骤包括以下步骤：
步骤(a)，接收载波组中的传输信号，并将其作为矢量进行自相关处理，得到该信号的自相关矩阵；
步骤(b)，将上述的自相关矩阵进行特征分解，得到该自相关矩阵的全部特征矢量和各个特征矢量对应的特征值，并选择输出特征矢量及其对应的特征值；
步骤(c)，根据步骤(b)选择输出的特征值，按照一定的顺序选取特征矢量，并将选取的特征矢量依次串行输出；以及
步骤(d)，将串行输入的特征矢量按照顺序组合为信号子空间矩阵。
进一步，第三步骤包括以下步骤：
步骤(e)，将输入的信号子空间矩阵和各个码信道所对应的码子空间矩阵分别组合为各个码信道所对应的矩阵；
步骤(f)，将步骤(e)中组合得到的各个码信道的矩阵分别进行共轭转置运算，获得其共轭转置矩阵；
步骤(g)，将步骤(e)中组合得到的各个码信道所对应的矩阵乘以步骤(f)获得的其所对应的共轭转置矩阵，分别获得各个码信道所对应的矩阵；
步骤(h)，将步骤(g)获得的各个码信道对应的矩阵分别进行特征分解，得到各个矩阵的全部的特征矢量及对应的特征值，并输出特征值最小的特征矢量。
步骤(i)，分别截短步骤(h)所得到的各个码信道的矢量；以及
步骤(j)，分别将步骤(i)获得的截短的各个码信道的矢量求反。
此外，第四步骤包括以下步骤：
步骤(k)，并行接收步骤(j)获得的各个码信道的输出矢量，并并行进行矢量模归一化处理；以及
步骤(l)，将各个码信道的模归一后的矢量进行简单平均，获得一个平均矢量。
根据本发明的第三方面，提供了一种接收机，其包括一模拟载波信号/数字基带信号变换设备，用于将自天线设备接收的模拟载波信号转化为对应的数字基带信号，和至少一组以下设备：一同步设备，用于将接收到的数字基带信号进行时间同步处理，获得同步的数字基带信号；一单载波/多载波变换设备，用于将输入的同步数字基带信号转化为并行的一组频域多载波信号；一小区解码设备，用于去除单载波/多载波变换设备输入的、并行的频域多载波信号中识别小区的小区码，并行输出对应的纯扩频信号；一载波分组设备，用于将该组并行的纯扩频信号中不同的载波组分开，每个载波组传输一组频域扩频的码分多址信号，并且每个载波组中均有多个码信道，其中至少部分码信道属于同一检测用户，其扩频码为已知；多个频域子空间信道估计设备，分别用于接收载波分组设备输入的一个对应的载波组，并根据该载波组中的传输信号和属于同一检测用户的码信道的扩频码，进行盲子空间信道估计，估计出该载波组对应的频域信道响应矢量；多个频域均衡设备，分别用于根据载波分组设备输入的一个对应的载波组以及对应的频域子空间信道估计设备输入的该载波组的频域信道响应矢量，进行信道的频域均衡，获得各子载波能量相同的与该载波组对应的传输矢量；多个频域解扩设备，分别用于接收对应的频域均衡设备输入的一个码信道的传输矢量，根据传输矢量和与其对应的已知码信道扩频码，对码信道进行解扩，获得对应的传输符号；多个数字解调设备，分别用于接收对应的频域解扩设备输入传输符号，并对该传输符号进行数字解调，将其转化为对应的比特；一信道复接以及并/串转换设备，用于将来自多个数字解调设备的并行比特进行信道复接，转化为一组串行比特；以及一信道解码设备，用于对信道复接以及并/串转换设备输入比特串进行解交织和信道译码，输出一组串行比特作为接收机的最终输出结果。
根据本发明的第四方面，提供一种信号接收方法，包括以下步骤：
将接收模拟载波信号转化为对应的数字基带信号；
将数字基带信号进行时间同步处理，获得同步的数字基带信号；
将同步数字基带信号转化为并行的一组频域多载波信号；
去除并行的频域多载波信号中识别小区的小区码，并行输出对应的纯扩频信号；
将该组并行的纯扩频信号中不同的载波组分开，每个载波组传输一组频域扩频的码分多址信号，并且每个载波组中均有多个码信道，其中至少部分码信道属于同一检测用户，其扩频码为已知；
根据该载波组中的传输信号和属于同一检测用户的码信道的扩频码，进行盲子空间信道估计，估计出该载波组对应的频域信道响应矢量；
根据载波组以及该载波组的频域信道响应矢量，进行信道的频域均衡，获得与该载波组中各子载波能量对应的传输矢量；
接收一个码信道的传输矢量，根据传输矢量和与其对应的已知码信道扩频码，对码信道进行解扩，获得对应的传输符号；
对传输符号进行数字解调，将其转化为并行的比特；
将并行比特进行信道复接，转化为一组串行比特；以及
对串行比特进行解交织和信道译码，输出一组串行比特作为最终输出结果。
根据本发明的第五方面，提供一种接收机，其包括一模拟载波信号/数字基带信号变换设备，用于将自天线设备接收的模拟载波信号转化为对应的数字基带信号，和至少一组以下设备：一同步设备，用于将接收到的数字基带信号进行时间同步处理，获得同步的数字基带信号；一单载波/多载波变换设备，用于将输入的同步数字基带信号转化为并行的一组时域频域多载波信号；一小区解码设备，用于去除单载波/多载波变换设备输入的、并行的时域频域多载波信号中识别小区的小区码，并行输出对应的时域频域多载波信号；一时域处理及解扩设备，其用于将小区解码设备输入的时域频域多载波信号各个载波上的时域扩频解扩，获得对应的频域扩频多载波信号；一载波分组设备，用于将该组并行的纯频域扩频信号中不同的载波组分开，每个载波组传输一组频域扩频的码分多址信号，并且每个载波组中均有多个码信道，其中至少部分码信道属于同一检测用户，其扩频码为已知；多个频域子空间信道估计设备，分别用于接收载波分组设备输入的一个对应的载波组，并根据该载波组中的传输信号和属于同一检测用户的码信道的扩频码，进行盲子空间信道估计，估计出该载波组对应的频域信道响应矢量；多个频域均衡设备，分别用于根据载波分组设备输入的一个对应的载波组以及对应的频域子空间信道估计设备输入的该载波组的频域信道响应矢量，进行信道的频域均衡，获得各子载波能量相同的与该载波组对应的传输矢量；多个频域解扩设备，分别用于接收对应的频域均衡设备输入的一个码信道的传输矢量，根据传输矢量和与其对应的已知码信道扩频码，对码信道进行解扩，获得对应的传输符号；多个数字解调设备，分别用于接收对应的频域解扩设备输入传输符号，并对该传输符号进行数字解调，将其转化为对应的比特；一信道复接以及并/串转换设备，用于将来自多个数字解调设备的并行比特进行信道复接，转化为一组串行比特；以及一信道解码设备，用于对信道复接以及并/串转换设备输入比特串进行解交织和信道译码，输出一组串行比特作为接收机的最终输出结果。
根据本发明的第六方面，提供一种信号接收方法，其包括以下步骤：
将接收的模拟载波信号转化为对应的数字基带信号；
将接收到的数字基带信号进行时间同步处理，获得同步的数字基带信号；
将同步数字基带信号转化为并行的一组时域频域多载波信号；
去除并行的时域频域多载波信号中识别小区的小区码，并行输出对应的时域频域多载波信号；
将时域频域多载波信号各个载波上的时域扩频解扩，获得对应的频域扩频多载波信号；
将该组并行的频域扩频信号中不同的载波组分开，每个载波组传输一组频域扩频的码分多址信号，并且每个载波组中均有多个码信道，其中至少部分码信道属于同一检测用户，其扩频码为已知；
根据每一载波组中的传输信号和属于同一检测用户的码信道的扩频码，进行盲子空间信道估计，估计出该载波组对应的频域信道响应矢量；
用于根据载波组以及该载波组的频域信道响应矢量，进行信道的频域均衡，获得与该载波组中各子载波能量对应的传输矢量；
根据传输矢量和与其对应的已知码信道扩频码，对码信道进行解扩，获得对应的传输符号；
对该传输符号进行数字解调，将其转化为对应的并行比特；
将并行比特进行信道复接，转化为一组串行比特；以及
对比特串进行解交织和信道译码，输出一组串行比特作为最终输出结果。
与现有技术相比，本发明设备和方法，在多载波码分多址系统中，直接将频域的信道响应作为估计对象，利用接收信号的信号子空间和码子空间进行盲子空间信道估计，在提供可靠的频域信道估计的同时可以很好地集成于现有的多载波码分多址系统中。
附图说明
图1是应用在多载波码分多址下行系统中的接收机的结构示意图。
图2是图1所示的频域子空间信道估计设备的结构示意图。
图3是信号子空间获得设备的结构示意图。
图4是最小二乘处理设备的结构示意图。
图5是平均设备的结构示意图。
图6是应用在多载波码分多址上行系统的接收机的结构示意图。
图7是应用在双域扩频码分多址下行系统的接收机的结构示意图。
图8是应用在双域扩频码分多址上行系统的接收机的结构示意图。
图9是当每个载波组的载波数N＝16、码信道数K＝12时，应用在多载波码分多址上行系统中的接收机的频域信道估计矢量在不同信号噪声比时的估计均方误差曲线图。
图10是当每个载波组的载波数N＝16，码信道数K＝8时，应用在多载波码分多址上行系统中的接收机的频域信道估计矢量在不同信号噪声比时的估计均方误差曲线图。
具体实施方式
下面将参考附图来详细描述本发明的优选实施例，在附图中，相同的参考符号表示相同或类似的组件。
实施例一
首先，请参考图1，是本发明应用于多载波码分多址下行系统中的接收机的结构示意图。如图1所示，该接收机包含模拟载波信号/数字基带信号变换设备1、同步设备2、单载波/多载波变换设备3、小区解码设备4、载波分组设备5、频域子空间信道估计设备6、频域均衡设备7、频域解扩设备8、数字解调设备9、信道复接以及并/串转换设备10和信道解码设备11。
模拟载波信号/数字基带信号变换设备1，用于将自天线设备接收的模拟载波信号转化为对应的数字基带信号。具体地，从天线设备接收下来的模拟载波信号首先输入到模拟载波信号/数字基带信号变换设备1，模拟载波信号/数字基带信号变换设备1将模拟载波信号通过下变频处理变成模拟基带信号，然后通过模拟/数字信号变换、以及带外信号滤除等处理，最后获得与该模拟载波信号等效的数字基带信号，并将该数字基带信号输出至同步设备2。
同步设备2用于将接收到的数字基带信号进行时间同步处理，使得接收机与发送端同步，并输出完成同步的数字基带信号至单载波/多载波变换设备3。
单载波/多载波变换设备3，用于将输入的同步数字基带信号转化为并行的一组频域多载波信号，并对其进行频偏校正。具体地，单载波/多载波变换设备3，将输入的数字基带信号按照符号长度进行串/并转换后，获得一组并行数据，然后对该组并行数据实施快速傅立叶变换(FFT)，将其转化为对应的一组频域多载波信号，再将该组频域多载波信号中的无传输信号的、起保护作用的虚子载波去除，并校正该组频域多载波信号中具有传输信号的各个子载波(假设为Nt个)的频偏，最后，将经过频偏校正后的Nt个子载波并行地输入到小区解码设备4。
小区解码设备4，用于去除接收到的子载波的识别小区的小区码，获得对应的纯扩频信号，并将纯扩频信号并行地输入到载波分组设备5。
载波分组设备5，用于按照与发送端相对应的规则(以等间隔或者非等间隔的方式，使得同一载波组内的子载波的衰落尽量不一样)，将该组并行的纯扩频信号中不同的载波组分开，并将不同的载波组分别输入到与其对应的频域子空间信道估计设备6和频域均衡设备7。每个载波组传输一组频域扩频的码分多址信号。
为了叙述方便，假设上述载波组的数目为m(m≥1)，每个载波组中的载波数目为N。显然，Nt＝N×m。同时，假设上述的每个载波组中均有K(N≥K≥1)个码信道，其中前J(1≤J≤K)个码信道为检测用户所有，其扩频码为已知，剩余的(K-J)个信道为未知的干扰信道。并且，码信道的扩频系数与其所在的载波组中的载波数目相同。
频域子空间信道估计设备6，用于根据输入其中的载波组的传输信号和已知的J个码信道的扩频码，进行盲子空间信道估计，估计出该载波组对应的频域信道响应矢量，并将该矢量输入频域均衡设备7。
频域均衡设备7，用于根据载波分组设备5输入的该载波组的传输信号和频域子空间信道估计设备6输入的频域信道响应矢量，进行信道的频域均衡，获得与该载波组中各子载波能量对应的传输矢量，并将所获得的传输矢量并行输入各个码信道所对应的频域解扩设备8。
频域解扩设备8，用于根据传输矢量和与其对应的已知码信道扩频码，对码信道进行解扩，获得对应的传输符号，并将该传输符号输出至数字解调设备9。数字解调设备9的主要功能是进行数字解调，将传输符号解调为比特输出至信道复接以及并/串转换设备10。
为了叙述方便，假设数字解调设备9的数字调制阶数为M，即M个比特对应一个符号。这样，每个数字解调设备9输出M个并行比特，一个载波组对应的所有数字解调设备9共输出M×J个并行比特，所有载波组对应的所有数字解调设备9总共输出M×J×m个并行比特全部输入至信道复接以及并/串转换设备10。
信道复接以及并/串转换设备10，用于按照与发送机相对应的顺序，将来自不同载波组不同码信道的并行比特进行信道复接，转化为一组长M×J×m的串行比特输出至信道解码设备11。
信道解码设备11，用于对输入比特串进行解交织和信道译码，假设信道编码的效率为R，则最后输出一组长M×J×m×R的串行比特作为接收机的最终输出结果。
图2是本发明的频域子空间信道估计设备的结构示意图。如图2所示，频域子空间信道估计设备6包括信号子空间获得设备61、码矢量存储设备62、码子空间获得设备63、最小二乘处理设备64和平均设备65。
具体地，信号子空间获得设备61从图1所示的载波分组设备5接收其对应的载波组(如前所述，该载波组包括N个载波，并且该载波组具有K个码信道，K个码信道中的前J个码信道属于同一检测用户所有)的传输信号，并根据该传输信号的数学统计特性，获得该传输信号的信号子空间矩阵，并将该信号子空间矩阵输入至最小二乘处理设备64的输入端口P6411。
为了叙述方便假设信号子空间矩阵为Us，则Us为N×K维的矩阵。
码矢量存储设备62存储所有J个属于该检测用户的码信道的扩频码矢量，并将各个扩频码矢量输入到对应该码信道的码子空间获得设备63。
码子空间获得设备63将码矢量存储设备62输入的扩频码矢量进行对角化处理，将其变换为对应的码子空间矩阵并输出至对应的最小二乘处理设备64的输入端口P6412。假设码子空间获得设备63的输入的扩频码矢量为ck，输出的码子空间矩阵为Ck，则Ck为N×N维矩阵且其与ck的关系如公式1所示：
Ck＝diag(ck) (1)
该公式(1)表示对扩频码矢量ck进行对角化变换，获得其对应的码子空间矩阵Ck。
最小二乘处理设备64，用于根据端口1P6411的输入矩阵Us和端口P6412的输入矩阵Ck，依照最小二乘准则，获得一个N维矢量Hk，该Hk受公式(2)约束。
CkHk＝Usfk (2)
其中，fk为一个K维的参数矢量。各个码信道的最小二乘处理设备64将输出矢量Hk(k＝1，2，...J)并行输入平均设备65。
平均设备65将各个码信道的输入矢量统一模后，再进行简单平均，将平均结果作为最终输出，输入到图1所示的频域均衡设备7。
图3是信号子空间获得设备61的结构示意图。如图3所示，信号子空间获得设备61包括自相关求解装置611、矩阵特征分解装置612、特征矢量选择装置613和矢量矩阵组合装置614。
具体地，自相关求解装置611从图1所示的载波分组设备5接收其对应的载波组(如前所述，该载波组包括N个载波，并且该载波组具有K个码信道，K个码信道中的前J个码信道属于同一检测用户所有)的传输信号，并将此含有N个载波的多载波信号作为N维矢量进行自相关求解，得到该N维矢量的N×N维自相关矩阵，并将该N×N维自相关矩阵输出至矩阵特征分解装置612。
矩阵特征分解装置612，用于将输入的自相关矩阵进行特征分解，得到该自相关矩阵的全部特征矢量和各个特征矢量对应的特征值。并且，可选择输出全部或一个特定的特征矢量及其对应特征值至特征矢量选择装置613。这里，考虑选择输出全部特征矢量(N×N维自相关矩阵的特征矢量为N维列矢量)及其对应特征值至特征矢量选择装置613。
特征矢量选择装置613，根据特征值由大到小的顺序，选取前K个特征矢量，并将其依次输入矢量矩阵组合装置614。矢量矩阵组合装置614将此K个串行输入的N维特征矢量，按顺序组合为N×K维信号子空间矩阵Us输出至最小二乘处理设备64的输入端口P6411。
请参考图4，是最小二乘处理设备64的结构示意图。最小二乘处理设备64包括矩阵组合装置641、矩阵共轭转置装置642、矩阵乘法器643、矩阵特征分解装置644、子矢量截取装置645和矢量求反装置646。
具体地，矩阵组合装置641的输入端口P6411从图2中信号子空间获得设备61接收信号子空间矩阵Us，输入端口P6412从图2中码矢量存储设备62接收码子空间矩阵Ck。矩阵组合装置641的主要功能是将P6411端口的输入的信号子空间矩阵Us置左，P6412端口的输入的码子空间矩阵Ck置右，将两个矩阵进行组合形成一个N×(N+K)维的矩阵Dk。，其中，矩阵Dk与矩阵Us、Ck的关系为以下公式：
Dk＝[UsCk] (3)
矩阵组合装置641将这个新的矩阵Dk输入到矩阵共轭转置装置642、矩阵乘法器643的输入端口P6431。矩阵共轭转置装置642将输入矩阵Dk进行共轭转置运算，并将获得的共轭转置矩阵输入矩阵乘法器643的输入端口P6432。
矩阵乘法器643用输入端口P6432的输入矩阵Dk乘以输入端口P6431输入的共轭转置矩阵，得到一个(N+K)×(N+K)维的矩阵输出至矩阵特征分解装置644。
矩阵特征分解装置644的主要功能是将输入矩阵进行特征分解，得到该矩阵的全部的特征矢量和各个特征矢量对应的特征值。并且，可选择输出全部或一个特定的特征矢量及其对应特征值。这里，考虑仅选择输出特征值最小的特征矢量(在此应用场合，特征矢量为N+K维列矢量)至子矢量截取装置645。
子矢量截取装置645，用于将(N+K)维的输入矢量截短为N维输出矢量，并输出至矢量求反装置646。具体的截短方式为：取输入矢量中的后N个元素，即第(K+1)到(K+N)个元素，其数量等于各载波组中载波的数量。矢量求反装置646的功能是将输入矢量求反得到输出矢量Hk，输入平均设备65。
请参考图5，是平均设备65的结构示意图。平均设备65包括矢量模归一化装置651和简单平均器652。
具体地，一组矢量模归一化装置651并行接收各个码信道的最小二乘处理设备64输出矢量Hk(k＝1，2，...J)，矢量模归一化装置651的功能是将接收矢量的模进行归一化处理，并将模归一后的矢量输入简单平均器652。简单平均器652的功能是将输入的一组模归一后的矢量进行简单平均，获得一个平均矢量，并将其输入频域均衡设备7。
请参考图6，是本发明应用在多载波码分多址上行系统中的接收机的结构示意图。接收机包含模拟载波信号/数字基带信号变换设备1、同步设备2、单载波/多载波变换设备3、小区解码设备4、载波分组设备5、频域子空间信道估计设备6、频域均衡设备7、频域解扩设备8、数字解调设备9、信道复接以及并/串转换设备10和信道解码设备11。
对比图6和图1，上行系统中任一用户所应用的接收设备中各个设备的结构和处理方式与下行系统中的接收设备完全一样，二者的区别在于：模拟载波信号/数字基带信号变换设备1输出的信号要同时进入多个用户的同步设备2。其中，假设有P个用户。
实施例二
请参考图7，是本发明应用在双域扩频码分多址下行系统中的接收机的结构示意图。接收机包含模拟载波信号/数字基带信号变换设备1、同步设备2、单载波/多载波变换设备3、小区解码设备4、时域处理及解扩设备12、载波分组设备5、频域子空间信道估计设备6、频域均衡设备7、频域解扩设备8、数字解调设备9、信道复接以及并/串转换设备10和信道解码设备11。
对比图7与图1，图7所示的接收机与图1所示的接收机的区别在于：其接收的信号为双扩频模拟载波信号(即，时域频域扩频信号)，因而，模拟载波信号/数字基带信号变换设备1、同步设备2、单载波/多载波变换设备3以及小区解码设备4的输出信号均为时域频域扩频信号，并且小区解码设备4的输出不是进入载波分组设备5，而是进入时域处理及解扩设备12，经过时域处理后进入载波分组设备5的信号为频域扩频信号。除此之外，所有设备的结构与处理方式与图1所示的接收机完全相同。
时域处理及解扩设备12的功能是：将各个载波上的时域扩频解扩，使得信号变为纯频域扩频的多载波信号，再输入载波分组设备5，进行与图1所示的接收机完全相同的后续处理。
请参考图8，是本发明应用在双域扩频码分多址下行系统中的接收机的结构示意图。接收机包含模拟载波信号/数字基带信号变换设备1、同步设备2、单载波/多载波变换设备3、小区解码设备4、时域处理及解扩设备12、载波分组设备5、频域子空间信道估计设备6、频域均衡设备7、频域解扩设备8、数字解调设备9、信道复接以及并/串转换设备10和信道解码设备11。
对比图8和图7，图8所示的接收机中任一用户所应用的接收设备中各个设备的结构和处理方式与下行系统中的接收设备完全一样，。二者的区别在于：模拟载波信号/数字基带信号变换设备1输出的信号要同时进入多个用户的同步设备2，再并行应用图7中相同的接收机，进行多个相同的处理。
仿真效果
对于图1所示的接收机，应用Matlab软件进行计算机仿真测试。在仿真中，设置载波组数m＝4，每个载波组中的载波数N＝16，调制方式为BPSK，即调制阶数M＝1，不考虑信道编码，即取R＝1。
1)当码信道数目为K＝12时
应用本发明得到的频域响应矢量的估计效果如图9所示，其中，
曲线1表示检测用户只有1个码信道(即J＝1)时的情况；
曲线2表示检测用户有4个码信道(即J＝4)时的情况；
曲线3表示有效估计的估计均方误差门限。
2)当码信道数目为K＝8时
应用本发明得到的频域响应矢量的估计效果如图10所示，其中，
曲线1表示检测用户只有1个码信道(即J＝1)时的情况；
曲线2表示检测用户有4个码信道(即J＝4)时的情况；
曲线3表示有效估计的估计均方误差门限。
以上K＝12和K＝8两种情况下的仿真结果表明，应用本发明的频域子空间信道估计，基本可以达到有效估计的要求，特别是当检测用户存在多个码信道时，通过简单平均可以较明显提高估计性能。
与现有技术相比，由于本发明的频域子空间信道估计不需要应用接收信号的噪声子空间，因而无需同时运用时域和频域信息进行信道的估计，进而，其可以较容易的集成于现有的多载波码分多址系统中，与其对应的接收机的结构也容易实现。
Claims (30)
1.一种频域子空间信道估计设备，其包括：
一信号子空间获得设备(61)，用于根据所接收的载波组的传输信号的统计特性，获得该传输信号的信号子空间矩阵，该载波组具有多个码信道，该多个码信道中至少部分码信道属于同一检测用户；
一码矢量存储设备(62)，用于存储上述属于该检测用户的码信道所对应的扩频码矢量；
多个码子空间获得设备(63)，用于并行地分别接收其所对应的扩频码矢量，并将扩频码矢量转化为对应的码子空间矩阵；
多个最小二乘处理设备(64)，用于并行地分别接收其所对应的码子空间获得设备(63)所输出的码子空间矩阵、以及来自信号子空间获得设备(61)的信号子空间矩阵，并将码子空间矩阵和信号子空间矩阵转化为二者所对应的矢量；以及
一平均设备(65)，用于统一接收自多个最小二乘处理设备(64)的矢量，将各个矢量的模进行归一化处理，并平均统一模后的矢量。
2.如权利要求1所述的频域子空间信道估计设备，其中，信号子空间获得设备(61)包括：
一自相关求解装置(611)，用于接收载波组中的传输信号，并将其作为矢量进行自相关处理，得到该信号的自相关矩阵；
一矩阵特征分解装置(612)，用于将上述的自相关矩阵进行特征分解，得到该自相关矩阵的全部特征矢量和各个特征矢量对应的特征值；
一特征矢量选择装置(613)，用于根据矩阵特征分解装置(612)所输入的特征值，按照一定的顺序选取特征矢量，并将选取的特征矢量依次串行输出；以及
一矢量矩阵组合装置(614)，将串行输入的特征矢量按照顺序组合为信号子空间矩阵。
3.如权利要求2所述的频域子空间信道估计设备，其中，该矩阵特征分解装置(612)选择输出全部特征矢量及其对应特征值至特征矢量选择装置(613)。
4.如权利要求2所述的频域子空间信道估计设备，其中，该矩阵特征分解装置(612)选择输出一个特定的特征矢量及其对应特征值至特征矢量选择装置(613)。
5.如权利要求3所述的频域子空间信道估计设备，其中，特征矢量选择装置(613)按照特征值由大到小的顺序，选取特征矢量。
6.如权利要求5所述的频域子空间信道估计设备，其中，最小二乘处理设备(64)包括：
一矩阵组合装置(641)，用于将输入的信号子空间矩阵和码子空间矩阵进行组合为一个矩阵；
一矩阵共轭转置装置(642)，用于将矩阵组合装置(641)输入的矩阵进行共轭转置运算，获得其共轭转置矩阵；
一矩阵乘法器(643)，用于将矩阵组合装置(641)输入的矩阵和矩阵共轭转置装置(642)输入的共轭转置矩阵相乘获得一矩阵；
一矩阵特征分解装置(644)，用于将矩阵乘法器(643)输入的矩阵进行特征分解，得到该矩阵的全部的特征矢量和各个特征矢量对应的特征值；
一子矢量截取装置(645)，用于截短矩阵特征分解装置(644)输入的矢量；以及
一矢量求反装置(646)，用于对子矢量截取装置(645)输入的矢量求反。
7.如权利要求6所述的频域子空间信道估计设备，其中，该矩阵特征分解装置(644)选择输出全部特征矢量及其对应特征值至子矢量截取装置(645)。
8.如权利要求6所述的频域子空间信道估计设备，其中，该矩阵特征分解装置(644)选择输出一个特征值最小的特征矢量至子矢量截取装置(645)。
9.如权利要求8所述的频域子空间信道估计设备，其中，子矢量截取装置(645)截取矢量方式为：截取输入矢量后部预定数量的矢量。
10.如权利要求9所述的频域子空间信道估计设备，其中，该预定数量与载波组中的载波数相同。
11.如权利要求10所述的频域子空间信道估计设备，其中，平均设备(65)包括：
多个矢量模归一化装置(651)，用于并行接收各个码信道的最小二乘处理设备(64)的输出矢量，并并行进行矢量模归一化处理；以及
一简单平均器(652)，用于将多个矢量模归一化装置(651)并行输入的模归一后的矢量进行简单平均，获得一个平均矢量。
12.一种频域子空间信道估计方法，其包括：
第一步骤，根据所接收的载波组的传输信号的统计特性，获得该传输信号的信号子空间矩阵，该载波组具有多个码信道，该多个码信道中至少部分码信道属于同一检测用户；
第二步骤，并行地接收各个码信道所对应的扩频码矢量，并将各个码信道所对应的扩频码矢量分别转化为其对应的码子空间矩阵；
第三步骤，并行地接收各个码信道所对应的码子空间矩阵、以及信号子空间矩阵，利用各个码信道所对应的码子空间矩阵和信号子空间矩阵的统计特性，分别获得各个码信道所对应的矢量；以及
第四步骤，统一接收各个码信道所对应的矢量，将各个矢量的模分别进行归一化处理，并平均统一模后的矢量。
13.如权利要求12所述的频域子空间信道估计方法，其中，第一步骤包括以下步骤：
步骤(a)，接收载波组中的传输信号，并将其作为矢量进行自相关处理，得到该信号的自相关矩阵；
步骤(b)，将上述的自相关矩阵进行特征分解，得到该自相关矩阵的全部特征矢量和各个特征矢量对应的特征值，并选择输出特征矢量及其对应的特征值；
步骤(c)，根据步骤(b)选择输出的特征值，按照一定的顺序选取特征矢量，并将选取的特征矢量依次串行输出；以及
步骤(d)，将串行输入的特征矢量按照顺序组合为信号子空间矩阵。
14.如权利要求13所述的频域子空间信道估计方法，其中，步骤(b)中选择输出全部特征矢量及其对应特征值。
15.如权利要求13所述的频域子空间信道估计方法，其中，步骤(b)中选择输出一个特定的特征矢量及其对应特征值。
16.如权利要求14所述的频域子空间信道估计方法，其中，步骤(c)中按照特征值由大到小的顺序，选取特征矢量。
17.如权利要求16所述的频域子空间信道估计方法，其中，第三步骤包括以下步骤：
步骤(e)，将输入的信号子空间矩阵和各个码信道所对应的码子空间矩阵分别组合为各个码信道所对应的矩阵；
步骤(f)，将步骤(e)中组合得到的各个码信道的矩阵分别进行共轭转置运算，获得其共轭转置矩阵；
步骤(g)，将步骤(e)中组合得到的各个码信道所对应的矩阵乘以步骤(f)获得的其所对应的共轭转置矩阵，分别获得各个码信道所对应的矩阵；
步骤(h)，将步骤(g)获得的各个码信道对应的矩阵分别进行特征分解，得到各个矩阵的全部的特征矢量及对应的特征值；
步骤(i)，分别截短步骤(h)所得到的各个码信道的矢量；以及
步骤(j)，分别将步骤(i)获得的截短的各个码信道的矢量求反。
18.如权利要求17所述的频域子空间信道估计方法，其中，步骤(h)中选择输出全部特征矢量及其对应特征值。
19.如权利要求17所述的频域子空间信道估计方法，其中，步骤(h)中选择输出一个特征值最小的特征矢量。
20.如权利要求19所述的频域子空间信道估计方法，其中，步骤(i)中的截取矢量方式为：截取各个矩阵的矢量后部预定数量的矢量。
21.如权利要求20所述的频域子空间信道估计方法，其中，该预定数量与载波组中的载波数相同。
22.如权利要求21所述的频域子空间信道估计方法，其中，第四步骤包括以下步骤：
步骤(k)，并行接收步骤(j)获得的各个码信道的输出矢量，并并行进行矢量模归一化处理；以及
步骤(1)，将各个码信道的模归一后的矢量进行简单平均，获得一个平均矢量。
23.一种接收机，其包括，
一模拟载波信号/数字基带信号变换设备(1)，用于将自天线设备接收的模拟载波信号转化为对应的数字基带信号，
和至少一组以下设备：
一同步设备(2)，用于将接收到的数字基带信号进行时间同步处理，获得同步的数字基带信号；
一单载波/多载波变换设备(3)，用于将输入的同步数字基带信号转化为并行的一组频域多载波信号；
一小区解码设备(4)，用于去除单载波/多载波变换设备(3)输入的、并行的频域多载波信号中识别小区的小区码，并行输出对应的纯扩频信号；
一载波分组设备(5)，用于将该组并行的纯扩频信号中不同的载波组分开，每个载波组传输一组频域扩频的码分多址信号，并且每个载波组中均有多个码信道，其中至少部分码信道属于同一检测用户，其扩频码为已知；
多个频域子空间信道估计设备(6)，分别用于接收载波分组设备(5)输入的一个对应的载波组，并根据该载波组中的传输信号和属于同一检测用户的码信道的扩频码，进行盲子空间信道估计，估计出该载波组对应的频域信道响应矢量；
多个频域均衡设备(7)，分别用于根据载波分组设备(5)输入的一个对应的载波组以及对应的频域子空间信道估计设备(6)输入的该载波组的频域信道响应矢量，进行信道的频域均衡，获得各子载波能量相同的与该载波组对应的传输矢量；
多个频域解扩设备(8)，分别用于接收对应的频域均衡设备(7)输入的一个码信道的传输矢量，根据传输矢量和与其对应的已知码信道扩频码，对码信道进行解扩，获得对应的传输符号；
多个数字解调设备(9)，分别用于接收对应的频域解扩设备(8)输入传输符号，并对该传输符号进行数字解调，将其转化为对应的比特；
一信道复接以及并/串转换设备(10)，用于将来自多个数字解调设备(9)的并行比特进行信道复接，转化为一组串行比特；以及
一信道解码设备(11)，用于对信道复接以及并/串转换设备(10)输入比特串进行解交织和信道译码，输出一组串行比特作为接收机设备的最终输出结果。
24.如权利要求23所述的接收机，其中，该频域子空间信道估计设备(6)为上述权利要求1-11中任一项所述的频域子空间信道估计设备。
25.一种信号接收方法，其包括以下步骤：
将接收模拟载波信号转化为对应的数字基带信号；
下述步骤并行地针对各个不同用户同时处理：
将数字基带信号进行时间同步处理，获得同步的数字基带信号；
将同步数字基带信号转化为并行的一组频域多载波信号；
去除并行的频域多载波信号中识别小区的小区码，并行输出对应的纯扩频信号；
将该组并行的纯扩频信号中不同的载波组分开，每个载波组传输一组频域扩频的码分多址信号，并且每个载波组中均有多个码信道，其中至少部分码信道属于同一检测用户，其扩频码为已知；
各载波组的并行地根据该载波组中的传输信号和属于同一检测用户的码信道的扩频码，进行盲子空间信道估计，估计出该载波组对应的频域信道响应矢量；
各载波组的并行地根据载波组以及该载波组的频域信道响应矢量，进行信道的频域均衡，获得与该载波组中各子载波能量对应的传输矢量；
各载波组的各个码信道并行地接收一个码信道的传输矢量，根据传输矢量和与其对应的已知码信道扩频码，对码信道进行解扩，获得对应的传输符号；
各载波组的各个码信道并行地对传输符号进行数字解调，将其转化为并行的比特；
将并行比特进行信道复接，转化为一组串行比特；以及
对串行比特进行解交织和信道译码，输出一组串行比特作为最终输出结果。
26.如权利要求25所述的信号接收方法，其中，估计出该载波组对应的频域信道响应矢量的步骤为权利要求12-22中任一项所述的频域子空间信道估计方法中的步骤。
27.一种接收机，其包括，
一模拟载波信号/数字基带信号变换设备(1)，用于将自天线设备接收的模拟载波信号转化为对应的数字基带信号，
和至少一组以下设备：
一同步设备(2)，用于将接收到的数字基带信号进行时间同步处理，获得同步的数字基带信号；
一单载波/多载波变换设备(3)，用于将输入的同步数字基带信号转化为并行的一组时域频域双域扩频的多载波信号；
一小区解码设备(4)，用于去除单载波/多载波变换设备(3)输入的、并行的时域频域双域扩频的多载波信号中识别小区的小区码，并行输出对应的时域频域多载波信号；
一时域处理及解扩设备(12)，其用于将小区解码设备(4)输入的时域频域多载波双域扩频的信号各个载波上的时域扩频解扩并进行相关处理，获得对应的纯频域扩频多载波信号；
一载波分组设备(5)，用于将该组并行的纯频域扩频信号中不同的载波组分开，每个载波组传输一组频域扩频的码分多址信号，并且每个载波组中均有多个码信道，其中至少部分码信道属于同一检测用户，其扩频码为已知；
多个频域子空间信道估计设备(6)，分别用于接收载波分组设备(5)输入的一个对应的载波组，并根据该载波组中的传输信号和属于同一检测用户的码信道的扩频码，进行盲子空间信道估计，估计出该载波组对应的频域信道响应矢量；
多个频域均衡设备(7)，分别用于根据载波分组设备(5)输入的一个对应的载波组以及对应的频域子空间信道估计设备(6)输入的该载波组的频域信道响应矢量，进行信道的频域均衡，获得各子载波能量相同的与该载波组对应的传输矢量；
多个频域解扩设备(8)，分别用于接收对应的频域均衡设备(7)输入的一个码信道的传输矢量，根据传输矢量和与其对应的已知码信道扩频码，对码信道进行解扩，获得对应的传输符号；
多个数字解调设备(9)，分别用于接收对应的频域解扩设备(8)输入传输符号，并对该传输符号进行数字解调，将其转化为对应的比特；
一信道复接以及并/串转换设备(10)，用于将来自多个数字解调设备(9)的并行比特进行信道复接，转化为一组串行比特；以及
一信道解码设备(11)，用于对信道复接以及并/串转换设备(10)输入比特串进行解交织和信道译码，输出一组串行比特作为接收机设备的最终输出结果。
28.如权利要求27所述的接收机，其中，该频域子空间信道估计设备(6)为上述权利要求1-11中任一项所述的频域子空间信道估计设备。
29.一种信号接收方法，其包括以下步骤：
将接收的模拟载波信号转化为对应的数字基带信号；
下述步骤并行地针对各个不同用户同时处理：
将接收到的数字基带信号进行时间同步处理，获得同步的数字基带信号；
将同步数字基带信号转化为并行的一组时域频域双域扩频的多载波信号；
去除并行的时域频域双域扩频的多载波信号中识别小区的小区码，并行输出对应的时域频域多载波信号；
将时域频域双域扩频的多载波信号各个载波上的时域扩频解扩并进行相关处理，获得对应的纯频域扩频多载波信号；
将该组并行的频域扩频信号中不同的载波组分开，每个载波组传输一组频域扩频的码分多址信号，并且每个载波组中均有多个码信道，其中至少部分码信道属于同一检测用户，其扩频码为已知；
各载波组并行地根据每一载波组中的传输信号和属于同一检测用户的码信道的扩频码，进行盲子空间信道估计，估计出该载波组对应的频域信道响应矢量；
各载波组并行地根据载波组以及该载波组的频域信道响应矢量，进行信道的频域均衡，获得与该载波组中各子载波能量对应的传输矢量；
各载波组的各个码信道并行地根据传输矢量和与其对应的已知码信道扩频码，对码信道进行解扩，获得对应的传输符号；
各载波组的各个码信道并行地对该传输符号进行数字解调，将其转化为对应的并行比特；
将并行比特进行信道复接，转化为一组串行比特；以及
对比特串进行解交织和信道译码，输出一组串行比特作为最终输出结果。
30.如权利要求29所述的信号接收方法，其中，估计出该载波组对应的频域信道响应矢量的步骤为权利要求12-22中任一项所述的频域子空间信道估计方法中的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |