CN2753082Y - 使用接收机传输处理函数的基站 - Google Patents

Abstract

一个基站包括扩展设备。扩展设备使用编码扩展数据。前置均衡器采用一个提供的信道响应矩阵H处理扩展数据。信道响应矩阵H模拟一个数据在发射后将通过的信道。天线发射处理的扩展数据。

Description

使用接收机传输处理函数的基站

技术领域

本实用新型通常涉及一种无线扩频通信系统。尤其是，本实用新型涉及在这样的通信系统中的数据发送和接收。

背景技术

在码分多址(CDMA)通信系统中，多路通信可以在一个共用频谱上被同时发送。通过用于发射信息的码来区别每个通信。

在一些CDMA通信系统中，为了更好地利用共用频谱，频谱是被时分为有预定数量时隙的帧，例如，15个时隙。这样的系统形式可以是混合CDMA/时分多址(TDMA)通信系统。一个将上行链路通信和下行链路通信限制到一个特定的时隙的这样的系统，是时分双工通信(TDD)系统。

接收在共用频谱中发射的多路通信的一个方法是联合探测。利用联合探测，来自多路通信的数据被一起确定。在随后的描述中，大写符号X表示矩阵，符号 表示列向量。联合探测典型地根据公式1被模拟：

$\stackrel{\→}{r}=A\stackrel{\→}{d}+\stackrel{\→}{n}$ 公式1

接收信号向量 是一个系统传输矩阵A，传输数据向量

，以及噪声向量

的函数。系统传输矩阵A包括象公式2那样的个人用户组成；

公式2

其中A^(K)表示系统传输矩阵A中的用户k的成分。每个用户系统传输矩阵是一个根据公式3的信道脉冲响应和那个用户的扩展码的函数：

A^(k)＝H^(k)C^(k)；               公式3

其中，H^(k)表示信道响应矩阵，C^(k)是用户k的编码矩阵。数据的最小均方误差(MMSE)估计向量 可以从公式4获得：

$\stackrel{\widehat{\→}}{d}={\left(A^H{R}_n^{-1}A\right)}^{-1}{A}^H{R}_n^{-1}\stackrel{\→}{r};$ 公式4

其中R_n是噪声的协方差矩阵。当噪声是白噪声时，R_n是一个对角矩阵，数据MMSE估计是根据公式5A和5B的：

$\stackrel{\widehat{\→}}{d}={(A^{H}A+{\mathrm{\σ}}^{2}I)}^{-1}{A}^H\stackrel{\→}{r};$ 公式5A

可选择地，写作：

$\stackrel{\widehat{\→}}{d}{=A^H(A{A}^H+{\mathrm{\σ}}^{2}I)}^{-1}\stackrel{\→}{r};$ 公式5B

公式5A和5B使用矩阵求逆引理是可替换的。

类似地，零强制(ZF)(zero forcing)估计可以从公式6A和6B获得：

$\stackrel{{\→}^{^}}{d}={\left(A^{H}A\right)}^{-1}{A}^H\stackrel{\→}{r};$ 公式6A

也可以写作：

$\stackrel{\widehat{\→}}{d}=A^H{\left(A{A}^H\right)}^{-1}\stackrel{\→}{r};$ 公式6B

公式6A和6B使用矩阵求逆引理是可替换的。

在CDMA系统中，当所有的编码通过相同的传播信道，正像典型的下行链路传输或者当一个上行链路用户独占一个时隙(H^(k)＝H)的情况下，扩展符的发射向量 可以从公式7获得：

$\stackrel{\→}{s}=C\stackrel{\→}{d}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{C}^{\left(k\right)}{\stackrel{\→}{d}}^{\left(k\right)};$ 公式7

接收信号可以使用公式8来模拟：

$\stackrel{\→}{r}=H\stackrel{\→}{s}+\stackrel{\→}{n};$ 公式8

用于扩展符的MMSE估计 可以如图9A和9B的公式示出的那样获得：

$\stackrel{\widehat{\→}}{S}={(H^{H}H+{\mathrm{\σ}}^{2}I)}^{-1}{H}^H\stackrel{\→}{r};$ 公式9A

或者，等同的：

$\stackrel{\widehat{\→}}{s}=H^H{(H{H}^H+{\mathrm{\σ}}^{2}I)}^{-1}\stackrel{\→}{r};$ 公式9B

公式9A和9B使用矩阵求逆引理是可替换的。

用于 的ZF估计(由公式6获得)，可以从公式10A和10B获得：

$\stackrel{\widehat{\→}}{s}={\left(H^{H}H\right)}^{-1}{H}^H\stackrel{\→}{r};$ 公式10A

或者，等同的：

$\stackrel{\widehat{\→}}{s}=H^H{\left(H{H}^H\right)}^{-1}\stackrel{\→}{r};$ 公式10B

公式10A和10B使用矩阵求逆引理是可替换的。扩展符的估计

后面可以有一个编码匹配滤波器，用于恢复数据符号。

当多个天线被用在接收机上时，接收向量也可以用公式1表示。所包括的向量和矩阵的定义可以被修改，根据公式11那样，表示来自不同的天线的组成：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{r}}_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\stackrel{\→}{r}}_N\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{A}_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ A_N\end{array}\right]\stackrel{\→}{d}+\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{n}}_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\stackrel{\→}{n}}_N\end{array}\right];$ 公式11

其中，

A_i以及 是与接收天线项i相关的项。A_i是根据公式3用不同的信道响应为每个天线构造的。依据公式12，A包含与K个用户的每一个有关的成分。

公式12

当多个发射天线项，诸如，M发射项，被用在发射机，接收向量

也依据公式1。

所包含的向量和矩阵的适当定义可以用公式13来表示：

$\stackrel{\→}{r}=\left[\begin{array}{ccc}{A}_1^{\′}& \·\·\·& A_M^{\′}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{d}}_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\stackrel{\→}{d}}_M\end{array}\right]+\stackrel{\→}{n};$ 公式13

其中

是合成接收信号，以及A_m′，m＝1，2，…，M是系统传输矩阵，用于从m^th传输项到接收机的信号传输， ，m＝1，2，…M，是从发射天线m发射的数据向量。由于i^th天线项的A的分量被表示为A_l′，根据公式14，每个A_i′分量有来自所有用户的组成：

公式14

每个天线项的每个用户的组成是正像公式15示出的那样的信道脉冲响应和扩展(由公式3引出)编码函数，

A′^(K)＝H′^(k)C^(k)；               公式15在发射机和接收机上的多个天线指得是多路输入多路输出(MIMO)系统。用于MIMO系统的接收信号可以用公式11表示，被改写成公式16：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{r}}_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\stackrel{\→}{r}}_N\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{A}_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ A_N\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{A}_1^{\′}& \·\·\·& A_M^{\′}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{d}}_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\stackrel{\→}{d}}_M\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{n}}_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\stackrel{\→}{n}}_N\end{array}\right];$ 公式16

其中，N是接收天线的数目；M是发射天线的数据；A_n，n＝1，2，…N，用于接收的发射矩阵；A_m′，m＝1，2，…M，是用于发射的发射矩阵。就所包括的向量和矩阵的适当定义，公式16可以被改写成公式17：

$\stackrel{\→}{r}=\mathrm{\Λ}\stackrel{\→}{d}+\stackrel{\→}{n};$ 公式17

其中Λ是用于发射和接收的合成系统传输矩阵。公式5中的用于数据向量的MMSE估计可以由公式18A和18B表示：

$\stackrel{\widehat{\→}}{d}={({\mathrm{\Λ}}^H\mathrm{\Λ}+{\mathrm{\σ}}^{2}I)}^{-1}{\mathrm{\Λ}}^H\stackrel{\→}{r};$ 公式18A

可选择地，写作：

$\stackrel{\widehat{\→}}{d}={\mathrm{\Λ}}^H{(\mathrm{\Λ}{\mathrm{\Λ}}^H+{\mathrm{\σ}}^{2}I)}^{-1}\stackrel{\→}{r};$ 公式18B

公式18A和18B使用矩阵求逆引理是可替换的。

ZF估计可以从公式19A和19B获得：

$\stackrel{\widehat{\→}}{d}={\left({\mathrm{\Λ}}^H\mathrm{\Λ}\right)}^{-1}{\mathrm{\Λ}}^H\stackrel{\→}{r};$ 公式19A

也可以写作：

$\stackrel{\widehat{\→}}{d}={\mathrm{\Λ}}^H{\left(\mathrm{\Λ}{\mathrm{\Λ}}^H\right)}^{-1}\stackrel{\→}{r};$ 公式19B

公式19A和19B使用矩阵求逆引理是可替换的。

有效执行这些方法的接收机实现矩阵求逆，这有很高的复杂性。为了减少复杂性，使用模拟的Cholesky分解或者快速傅立叶变换。尽管这些方法减少了接收机的复杂性，期望有一种可替换的方法，简化数据的发射和接收。

实用新型内容

基站包括一个扩展设备。扩展设备用编码扩展数据。一个前置均衡器用一个提供的信道响应矩阵H来处理扩展数据。信道响应矩阵H模拟一个数据在发射后将通过的信道。天线发射处理后的扩展数据。

附图说明

图1是使用利用接收机函数的发射处理的优选的发射机和接收机。

图2是使用接收机函数的发射的流程图。

具体实施方式

当前的实用新型的系统在这里结合一个CDMA系统的时分双工(TDD)模式来描述，(诸如，第三代合作项目(3GPP)宽带CDMA系统)。然而，实用新型能够应用到任何扩频通信系统，诸如，频分双工(FDD)系统或者时分同步码分多址(TD-SCDMA)系统。

图1是一个优选的简化发射机10和接收机12的示意图，用于使用接收机函数进行发射处理。发射机10能被安装在基站，用户设备(UE)，或者，两个上都安装，并且，接收机12能安装在UE，基站，或者两个上都安装。从发射机10传送到接收机12的数据被输入到一个扩展和调制设备14和前置均衡器15。数据可以是用于传输到一个接收机的一个编码，用于传输到一个接收机的多个编码，传输到多个接收机的一个编码，传输到多个接收机的多个编码或者传输到多个接收机的一个和多个编码的组合。

数据使用合适的编码进行扩展，被前置均衡，用于补偿无线接口18的预期信道响应，并且被调制，诸如通过使用四相移键控(QPSK)，MARY正交幅度调制(QAM)，或者其他的调制方案，并且上变频到射频。射频信号通过一个无线接口18，被一个天线或者M个振子天线阵16₁-16_M发射。

接收机12的一个天线或者N个振子天线阵20₁-20_N接收正像接收向量 的和其他信号一起的被发射信号以及噪声。数据检波器(data detector)22处理接收的向量，恢复数据

由于在发射机10的前置均衡，数据检波器22的结构优选地在典型的联合探测接收机基础上被简化，，诸如，通过由编码匹配滤波器来执行。

发射机10在传输之前有效地补偿信道干扰。结果是，接收向量 模拟等于扩频数据向量

前置均衡利用在接收机12可用的信道和编码信息，适当地处理发射向量，以至于当信号在接收机12被接收时，它已经补偿了信道减损。信道信息可以从接收机12被发射，以相同的频谱从发射机10接收的信号获得。为了说明，用于TDD/CDMA通信系统的基站，信道信息可以在上行链路时隙被收集，用于随后的下行链路时隙。

当在发射机10的处理过程被使用时，接收的信号可以从公式20A获得：

$\stackrel{\→}{r}=\left[\begin{array}{ccc}{A}_1^{\′}& \·\·\·& A_M^{\′}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{d}}_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\stackrel{\→}{d}}_M\end{array}\right]+\stackrel{\→}{n};$ 公式20A

根据信道和编码矩阵，公式20A可以变成公式20B：

公式20B

编码矩阵C₁到C_M基于传输方案可以不同。一个这样的系统是间隔码发射分集(SCTD)，其中，每个天线被分配一个不同的传输码。在一些发射分集方案中，每个天线使用相同的编码矩阵。一个这样的方案是发射自适应天线(TxAA)，尽管使用接收机函数的发射处理结合发射相同编码矩阵C的每个天线来描述，它也可以被应用到通过天线使用类似方法，编码矩阵变化的系统。

在一些系统中，发射数据比特

到 基于传输方案可以不同，尤其是，不管发射分集是否使用。尽管，类似的方法可以被应用到每个天线有不同数据向量的系统，随后将结合发射相同数据向量

的每个天线进行描述。对于每个天线发射相同数据和编码矩阵的系统，系统可以根据公式21被模拟：

$\stackrel{\→}{r}=\left[\begin{array}{ccc}{A}_1^{\′}& \·\·\·& A_M^{\′}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{d}}_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\stackrel{\→}{d}}_M\end{array}\right]+\stackrel{\→}{n}$

$=\left[\begin{array}{ccc}{H}_1^{\′}& \·\·\·& H_M^{\′}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}C\stackrel{\→}{d}\\ \·\\ \·\\ \·\\ C\stackrel{\→}{d}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{d}}_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\stackrel{\→}{d}}_M\end{array}\right]+\stackrel{\→}{n}$ 公式21

发射向量由公式22示出：

$\left[\begin{array}{c}C\stackrel{\→}{d}\\ \·\\ \·\\ \·\\ C\stackrel{\→}{d}\end{array}\right];$ 公式22

H从右边的伪倒置是H^H(HH^H)^-1。处理后的数据信号以这样的伪倒置的形式被发射。因此，发射信号 由公式23示出：

${\stackrel{\→}{t}}^{\′}=H^H{\left(H{H}^H\right)}^{-1}C\stackrel{\→}{d};$ 公式23

作为结果的接收向量在公式24示出：

$\stackrel{\→}{r}=H^H{\left(H{H}^H\right)}^{-1}C\stackrel{\→}{d};$

$=C\stackrel{\→}{d}$ 公式24

如果前置均衡是理想的，原始信号在接收机12被接收，不需要进一步的处理。然而，在实践中，由于噪声和信道状态的变化，通常，会发生接收信号的降质。然而，所需的消除降质的处理大幅减少了，进一步增加了所需的接收机12的复杂度。

MMSE或者ZF类型接收机的其中一个优点是MMSE或者ZF电路通常用在发射机10上。为了说明，基站通常由一个MMSE型接收机。由此，一个单独的MMSE电路可以被用于处理在基站接收和发射的数据。结果是，用于接收机12和发射机10的使用接收函数执行发射处理的电路和其他由简化电路的通信单元一起，可以被固化到UE或者基站中。

例如，基站可以使用前置均衡发射机10和MMSE接收机。矩阵或者有效的矩阵倒置可以被相同的电路实现。结果是，在UE的接收机电路可以被简化，诸如一个或者一组编码匹配滤波器。在接收机12上的简化的接收机电路也可以延长电池寿命。

通常使用的电路并不仅限于MMSE或者ZF接收机电路，但是，更普遍的是在能够完成矩阵操作和计算矩阵倒置的那些接收机12结构被匹配到发射机10，用于进行处理。前置均衡的另一个优点是发射的信号被集中到接收机12。尤其是，用于下行链路信号，对其他用户的干扰减少了。

参考图2，示出按照本实用新型的方法30。方法从获得无线信道信息开始，优选的是以信道脉冲响应H的形式(步骤32)。用于传输的数据随后使用信道脉冲响应H被前置均衡(步骤34)。前置均衡数据经过无线接口被发射(步骤36)，并被接收机作为接收向量接收(步骤38)。数据随后从接收的向量恢复过来，诸如，通过使用编码匹配滤波器(步骤40)。

Claims (4)

1.一种基站，其特征在于包括：

扩展设备，用于使用编码扩展数据；

前置均衡器，用于采用一个提供的信道响应矩阵H来处理扩展数据，该信道响应矩阵模拟数据在发射后将通过的信道；以及

一个用于发射处理的扩展数据的天线。

2.权利要求1的基站，其特征在于进一步包括一个数据检波器。

3.权利要求2的基站，其特征在于所述数据检波器进一步包括一个用于执行最小均方误差估计的部件，和使用最小均方误差部件的前置均衡器。

4.权利要求2的基站，其特征在于所述数据检波器进一步包括用于执行零强制估计的部件，和使用零强制估计部件的前置均衡器。

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