NO325841B1 - Flerbrukerdetektor for variable spredningsfaktorer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt multippelaksessdigital-kommunikasjonssystemer. Mer bestemt angår oppfinnelsen et flerbrukerdetektorsystem og -fremgangsmåte, for samtidig mottak av data fra multiple bruker med forskjellige spredningsfaktorer.

Et multippelaksesskommunikasjonssystem setter flere brukere i stand til å ha tilgang til det samme kommunikasjonsmedium for å overføre eller motta informasjon. Disse media kan innbefatte, for eksempel, en nettverkskabel i et lokalnett, eller LAN, en kobbertråd i det klassiske telefonsystemet, eller et radiogrensesnitt for trådløs kommunikasj on.

Et tidligere kjent multippelaksesskommunikasjonssystem er vist i figur 1. Kommunikasjonsmedia er henvist til som en kommunikasjonskanal. Kommunikasjonsteknikker, slik som frekvensdelt multipleksaksess eller FDMA, tidsdelt multippelaksess eller TDMA, bærebølge multippelaksess or CSMAj kodedelt multippelaksess eller CDMA og andre tillater aksess til det samme kommunikasjonsmedium for flere enn en bruker. Disse teknikkene kan blandes sammen til å skape hybride varianter av multippelaksessløsninger. Som eksempel er tidsdelt dupleks, eller TDD-modus av den foreslåtte tredje generasjons W-CDMA standarden, en kombinasjon av TDMA og CDMA.

Et eksempel på et tidligere kjent CDMA-kommunikasjonssystem er vist i figur 2. CDMA er en kommunikasjonsteknikk i hvilke data overføres med et utvidet bånd (spredtspektrum) ved å modulere data som skal overføres med et pseudo-støysignal. Datasignalet som skal overføres kan ha en båndbredde som kun er noen få tusen hertz som blir fordelt over et frekvensbånd som kan være flere millioner hertz. Kommunikasjonskanalen blir anvendt samtidig av K uavhengige delkanaler. For hver delkanal fremstår alle andre delkanaler som interferens.

Som vist, blandes en enkelt delkanal av en gitt båndbredde med en unik spredekode som gjentar et forutbestemt mønster som er generert ved hjelp av en vidbåndbreddet, pseudo-støy (pn) sekvensgenerator. Disse unike brukerspredekodene er typisk pseudo-ortogonale til hverandre, slik at krysskorrelasjonen mellom spredekodene er nær null. Et datasignal moduleres med pn-sekvensen som frembringer et digitalt spredtspektrumsignal. Et bæresignal moduleres så med det digitale spredtspektfumsignalet og overføres i avhengighet av transmisjonsmediet. En mottaker demodulerer sendingen ved å ekstrahere det digitale spredtspektrumsignalet. De overførte data reproduseres etter korrelasjon med den sammenfallende pn-sekvensen. Når spredekodene er ortogonale til hverandre kan det mottatte signalet bli korrelert med et bestemt brukersignal som er knyttet til den bestemte spredekoden slik at kun det ønskede brukersignalet som er knyttet til den bestemte spredekoden anrikes, mens andre signaler for alle andre brukere ikke blir anriket.

Hver verdi av spredekoden er kjent som en chip eller har en chip-takt som er den samme som eller hurtigere enn datatakten. Forholdet mellom chip-takten og delkanaldata-takten er spredefaktoren.

For å utvide de mulige verdiområdene til datasignalet, anvendes et symbol for å representere mer enn to binære verdier. Ternære og kvaternære symboler antar tre, henholdsvis fire verdier. Konseptet med et symbol gir mulighet for en større informasjonsgrad fordi bit-innholdet til hvert symbol bestemmer en unik pulsform. Avhengig av antallet symboler som blir anvendt, eksisterer et likt antall unike pulsformer, eller bølgeformer. Informasjonen hos kilden omformes til symboler som modulerer og overføres gjennom delkanalen for demodulasjon på bestemmelsesstedet.

Spredekodene i et CDMA-system velges for å minimalisere interferens mellom en ønsket delkanal og andre delkanaler. Derfor har standardtilnærmelsen for å demodulere den ønskede delkanalen vært å behandle alle andre delkanaler som interferens, tilsvarende interferens som manifesterer seg selv i kommunikasjonsmediet. Mottakere som er konstruert for denne prosessen er enkeltbrukermottakere, matchete filtermottakere og RAKE-mottakere.

Fordi forskjellige delkanaler interfererer hverandre i noen grad, er en annen tilnærming å demodulere alle delkanalene hos en mottaker. Mottakeren kan lytte på alle brukerne som overfører samtidig ved å kjøre en dekodingsalgoritme for hver av dem i parallell. Denne ideologien er kjent som flerbrukerdeteksjon. Flerbrukerdeteksjon kan tilveiebringe en betydelig ytelsesforbedring over enkelbrukermottakere.

Med henvisning til figur 3, er det vist et systemblokkskjema for en tidligere kjent CDMA-mottaker som anvender en flerbrukerdetektor. Som fagfolk på området vil innse, kan mottakeren også innbefatte slike funksjoner som radiofrekvens (RF) nedomforming og assosiert filtrering for radiofrekvenskanaler, analog-til-digital-omforming, eller optisk signal demodulering for et bestemt kommunikasjonsmedium. Utgangen fra mottakeren er et prosessert signal, enten analogt eller digitalt, som inneholder alle aktive delkanalers kombinerte spredte signaler. Flerbrukerdetektoren utfører flerbrukerdeteksjon og utgir flere signaler som svarer til hver aktiv delkanal. Alle eller et mindre antall av det samlede delkanal antallet kan være prosessert.

Optimale flerbrukerdetektorer er beregningsintensive innretninger som utfører et stort antall komplekse matematiske operasjoner og er derfor vanskelig å implementere på økonomisk vis. For å minimalisere kostnader, har suboptimale flerbrukerdetektorer slik som lineærdetektorer blitt utviklet som krever mindre beregningskompleksitet som et kompromiss for å tilnærme seg ytelsen til optimale detektorer. Lineære detektorer inkluderer dekorrelatorer, minimumsmiddelkvadratfeildetektorer eller MMSE-detektorer, og nulldrivende blokklineære utlignere eller ZF-BLEs.

Et systemblokkskjema for en tidligere kjent flerbrukerdetektor for synkron, eller asynkron CDMA-kommunikasjon er vis i figur 4. Datautgangen fra den kommunikasjonsmediumsbestemte mottakeren (som i figur 3) er koblet til en delkanal estimator som estimerer impulsresponsen til hvert symbol som overføres i en respektiv delkanal. Lineærdetektoren anvender impulsresponsestimatene sammen med en delkanals-spredekode for å demodulere hver delkanals data. Dataene utgis til delkanals-dataprosesseringsblokker for de respektive brukere.

For å bevirke parallelldeteksjon av K delkanalbrukere i et fysisk system, utføres lineære multibrukerdetektorer som faste portoppstillinger, mikroprosessorer, digitale

signalprosessorer eller DSP' og liknende. Faste logiske systemer gir mulighet for større systemhastighet, mens mikroprosessordrevne systemer gir programmeringsfleksibilitet. Slike implementasjoner som er ansvarlig for flerbrukerdeteksjon utfører en sekvens av matematiske operasjoner. For å beskrive funksjonene definerer de følgende variablene vanligvis strukturen og virkemåten til en lineær flerbrukerdetektor:

K = det samlede antall brukere/sendere som er aktive i systemet.

Nc =antallet chip i en datablokk. Chip-antallet er nødvendig fordi med varierende spredefaktorer er dette tallet et mål som er felles for alle brukere. Chip-antallet er delbart med den største tillatte spredefaktoren. For tilfelle med synkron CDMA, kan et symbol fra brukeren med den største spredefaktoren bestå av en blokk av data. Derfor kan Nc bli redusert til å være lik den største spredefaktoren.

W= kommunikasjonskanalimpulsresponslengden i chip. Denne er generelt en forhåndsdefinert parameter i systemet.

Q<®>= spredefaktoren til bruker K. Spredefaktoren er lik det chip-nummeret som anvendes for å spre et brukerdatasymbol. Et system kjenner på forhånd til spredefaktorene og har ikke behov for å estimere dem fra de mottatte data.

N/<*;> = antallet symboler sendt av bruker k. N/<*;>= Nc / Qf<k>).

= det samlede antall symboler som har blitt sendt.

= data (informasjonen) som er sendt av bruker K. Disse data presenteres i form av en vektor, hvor en vektor er en datagruppe som er indeksert med en enkelt indeksvariabel. For de følgende vektor-og matriseoperasj onene, defineres alle vektorer som kolonnevektorer. Det n<te> elementet hos er det n<te> symbolet som er overført av den k'e brukeren.

h (k) = impulsresponsen til delkanalen som erfart av brukeren k presentert som en vektor. Denne størrelsen har behov for å bli estimert hos mottakeren. Mottakerens estimater av delkanalimpulsresponsene blir henvist til som h( <k>K Elementene til vektoren h( k) er vanligvis komplekse tall, som modulerer både amplitude- og fasevariasjonene som kan bli introdusert av delkanalen.

v (k) = spredekoden til bruker k, presentert som en vektor. For

lineærflerbrukerdeteksjonsformål, er det nyttig å tenke på vektorer som rommer det avsnittet av spredekoden som sprer et bestemt symbol. Derfor defineres vektoren v( kn) som spredekoden som anvendes for å spre det n<te> symbolet som er sendt av den kfe brukeren. Matematisk defineres den som: v/<*>'"<;> = v[ k) for (n-l)£/*; + 1 <i <nQf<k>)

og 0 for alle andre i, hvor i er vektorelementenes indeks.

= en vektor som representerer data til bruker k, spredt ved hjelp av spredesekvensen v(<k>) og overført gjennom denne brukerens delkanal h<®>. Vektoren r® representerer kanalobservasjoner som har blitt utført i løpet av tidsrommet, under hvilket tidsrom en datablokk ankommer. Det i' e elementet av vektoren / k) kan defineres som:

Signalet som blir mottatt hos brukeren inkluderer alle brukersignalene pluss støy. Derfor kan vi definere den mottatte datavektoren r som følger:

Vektoren n i ligning 2 representerer støy som er introdusert av kommunikasjonskanalen.

Figur 5 viser et system og en fremgangsmåte hos en tidligere kjent lineær flerbrukerdetektor. De estimerte delkanalsimpulsresponsvektorene og spredekodene vw anvendes for å skape en systemtransmisjonsresponsmatrise for hver bruker k. En matrise er en tallblokk som er indeksert ved hjelp av to indekseringsvariabler og er arrangert som et rektangulært gitter, hvor den første indekseringsvariablen er en radindeks og den andre indekseringsvariablen er en kolonneindeks.

En systemtransmisjonsresponsmatrise for bruker k betegnes typisk som A( k) Detz'<e>rad-og /i'c<->kolonneelementet betegnes som Ain ( k) og defineres som:

Hver kolonne i matrisen A® svarer til en matchet filterrespons for et bestemt symbol som er sendt av brukeren k i løpet av et aktuelt tidsrom. Med henvisning tilbake til figur 5, matches de mottatte data r med en kombinasjon av alle brukeres spredekoder og delkanalimpulsresponser. Derfor vil A( k) inneholde Ns( k) matchete filterresponser.

Kolonnene til A( k) har formen

hvor hver vektor b^ har dimensjonen: og er forskjøvet fra den øvre delen av matrisen An<®> med:

Fordi spredekodene ikke er periodiske over symboltidene, er b[ k) * bjk) for i * j. Elementene til en vektor som kan være verdier som er forskjellige fra null vises til som vektorens støtte. Derfor er b„(<k>) støtten til A„( k).

Straks en systemtransmisjonsmatrise for hver bruker er skapt, skapes en totaltransmisjonsresponsmatrise, betegnet ved A, ved å sammenkjede transmisjonsmatriser for alle brukerne som vist under:

I samsvar med tidligere kjente modulasjonsteknikker, kan elementene hos være komplekse tall. Det følger da at ikke-null-elementene hos A kan være komplekse tall.

Et eksempel på en samlet systemtransmisjonsresponsmatrise A for en hypotetisk tidligere kjent flerbrukerdetektor som er sammensatt i samsvar med ligningene 4, 5, 6 og 7 er

for to ( k=2) brukere, A( 1) ogA( <2>\ med 16 chip i en datablokk ( Nc= 16), en kanalimpulsresponslengde på fire ( W = 4) og en spredefaktor for den første brukeren lik to ( Qf1* = 2) og en spredefaktor for den andre brukeren lik fire { Qf2) = 4). I den resulterende totalsystemtransmisjonsresponsmatrisen^4, b„ Jk) betegne det i' e elementet hos det kombinerte systemet og kanalresponsen for det n' e symbolet fra den k?<e> brukeren. Mottatte data r, prosesseres ved bruk av totalsystemtransmisjonsresponsmatrise A, som representerer et batteri av matchet filterresponser for å skape en vektor av matchet filtertutganger som betegnes som^. Den matchete filtreringsoperasjonen defineres som

Matrisen AH representerer den hermittiske (eller komplekse) transponeringen av matrisen A. Den hermittiske transponeringen er definert som A" = Å} i, hvor den overliggende streken angir operasjonen ved å foreta en konjungering av et komplekst tall. Matchet-filterutgangene multipliseres så med den inverse av en objektmatrise O. Objektmatrisen O representerer prosesseringen som differensierer hver type av lineær mottakermodell. Den utledes fra systemtransmisjonsmatrisen A.

Den null-drevne blokklineærutligneren (ZF-BLE) mottakeren er en lineærmottaker med en objektmatrise som er spesifisert som 0 =AHA. Minimum-middelkvadratfeil-blokkutligner (MMSE-BLE) mottakeren er en lineærmottaker med en objektmatrise som er spesifisert som O = AHA + a' 1, hvor a<2> er variansen til støyen som er tilstede på hver av symbolene i den mottatte datavektoren r, og matrisen i er kjent som en identitetsmatrise. En identitetsmatrise er kvadratisk og identisk med lere på sin hoveddiagonal og 0 alle andre steder. Identitetsmatrisens størrelse er valgt for å gjøre adderingsoperasjonen gyldig i samsvar med lineæralgebra-reglene.

For en dekorrelator (dekorreleringsmottaker) er matrisen A forenklet ved å ignorere kanalresponsene Uk\ hvor man tar i betraktning kun spredekodene og deres krysskorrelasjons (interferens)-egenskaper. En krysskorrelasjonsmatrise, som vanligvis blir henvist til som R, konstrueres generelt for dekorrelatortypemottakere. Denne matrisen kan konstrueres ved å anta at W= 1 og hf<k>) =1 i definisjonen for A over (det vil si kanalresponsen til hver delkanal er en impuls). Da er krysskorrelasjonsmatrisen R objektmatrisen O som definert for ZF-BLE-mottakeren. En dekorrelator tjener ofte som en delprosess hos en mer kompleks flerbrukerdeteksjonsmottaker. Straks objektmatrisen er skapt, vil flerbrukerdetektoren invertere matrisen, som er angitt som O' 1.

Den inverse av objektmatrisen multipliseres så med matchet filterutgangsvektoren j/, for å frembringe estimater for datavektoren d hvor d (estimat) = O ~' y. Den inverse av objektmatrisen O er en kompleks, beregningsintensiv prosess. Operasjonsantallet som er nødvendig for å utføre denne prosessen øker med tredje potens av størrelsen av matrisen O. For de fleste asynkrone CDMA-mottakerne, er størrelsen til O meget stor, som gjør inverteringsprosessen upraktisk.

For å overvinne denne begrensningen, og for å gjøre systemet fysisk realiserbart, anvendes en numerisk metode i henhold til Cholesky. Cholesky-dekomponering kan redusere betydelig beregningskompleksiteten ved å invertere matrisen O hvis matrisen b åndes.

En båndet matrise er en kvadratisk matrise som inneholder verdier som er forskjellige fra null kun på flere diagonaler borte fra hoveddiagonalen. Antallet diagonaler som ikke er null, og som tilstøter hoveddiagonalen og har minst et element som er forskjellig fra null, henvises til som båndbredden. Således kan en symmetrisk matrise M sies å være båndet med båndbredde p hvis

hvor my er et element hos M, hvor i er radindeksen ogj er kolonneindeksen. For en båndet matrise i en størrelse som er angitt som n og en båndbredde angitt som p, kan Cholesky-dekomponering redusere de nødvendige numeriske operasjonene med invertering av Matrisen O fra å variere som tredje potens av størrelsen til matrisen, n<3>, til å variere som matrisens størrelse ganger båndbreddens kvadrat, np<2>.

Som drøftet over, vil objektmatrisen for en ZF-BLE mottaker være O = AHA. For å illustrere den numeriske kompleksiteten, er objektmatrisen O for totalsystemresponsmatrisen^, som vist i ligning 6 hvor null angir alle elementer som ved matematisk operasjon gir null og hvor alle x'er representerer verdier som er forskjellig fra null. Hvis elementene som er forskjellig fra null i den z'e raden og den fe kolonnen av systemresponsmatrisen A ikke har den samme vektorindeksen, så vil det korresponderende elementet i objektmatrisen O med radindeks i og kolonneindeks j være 0. Båndbredden til O (ligning 11) er lik 9 fordi det ikke er noen elementer som er forskjellig fra null så langt borte som 9 kolonner unna hoveddiagonalen.

Objektmatrisen O, slik den er konstruert i en mottaker av kjent teknikk, som er vist i figur 5, er ikke vel båndet. Derfor kan Cholesky-dekomponering ikke bli anvendt effektivt for å redusere den operasjonelle kompleksiteten når matrisen O skal inverteres. Imidlertid beskriver kjent teknikk at når alle brukere sender med like spredefaktorer, kan en rearrangering av totalsystemtransmisjonsresponsmatrisen A bli utført forut for beregning av objektmatrisen O som vender matrisen O til en båndet matrise. Et systemblokkskjema for denne prosessen er vist i figur 6.

Prosessen som beregner kolonnerearrangementet av matrisen A, utfører rearrangeringen uten noen tilleggsinformasjon. Rearrangeringen reduserer den operasjonelle kompleksiteten når matrisen inverteres. Straks deteksjonsprosedyren er fullført, beregnes en brukerdatavektor d, en reversert rearrangert prosess blir utført som tilbakeomkaster vektoren d tilbake til sin originalform for ytterligere prosessering.

I typiske asynkrone CDMA-systemer, er båndbredden til en rearrangert objektmatrise minst ti ganger dens opprinnelige størrelse. Derfor oppnås en innsparing på minst en faktor 100 i prosesseringstid når Cholesky-dekomponering utføres på en objektmatrise på grunnlag av en rearrangert totalsystemresponsmatrise. Imidlertid har kjent teknikk ikke adressert en rearrangeirngsmetode for når forskjellige spredevektorer er i bruk mellom aktive brukere.

Klein m. fl, "Zero Forcing and Minimum Mean-Square-Error-Equalization for Multiuser Detection in Code-Division Multiple- Acess Channels", IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 45, No. 2, May 1996, sidene 276-287, beskriver flerdeteksjonstilnærminger. Disse tilnærmingene anvender en systemresponsmatrise i en null-drivende utligner og en minimummiddelkvadratfeilutligner for å gjenvinne data.

Karimi m.fl, "A Novel and Efficient Solution to Block-Based Joint-Detection Using Apprximate Cholesky Factorization" IEEE Internasjonalt Symposium i personlig, innendørs og mobil radiokommunikasjon, XX, XX, Vol. 3,1998, sidene 1340-1345, beskriver en null-drivende blokklineærutligner som anvender en tilnærmet Cholesky-faktor. Cholesky-faktoren utledes ved bruk av en systemresponsmatrise.

Følgelig foreligger det et behov for å fastlegge en fremgangsmåte for å redusere inversjontirnnantallet når forskjellige spredefaktorer er i bruk.

Foreliggende oppfinnelse angår en flerbrukerdetektor som detekterer og dekoder synkrone eller asynkrone CDMA-delkanaler med forskjellige spredingsfaktorer med redusert beregningskompleksitet. Foreliggende flerbrukerdetektorer er kompatible med ZF-BLE, MMSE, dekorreleringsdetektorer og liknende ved bruk av Cholesky-dekomponering for å minimalisere numeriske operasjoner. Systemet og fremgangsmåten anordner kolonnene i systemtransmisjonsresponsmatrisene som representerer individuelle brukeres responskarakteristikker i en velbåndet totalsystemtransmisjonsresponsmatrise som representerer flere matchete filterresponser for en gitt blokk av mottatte data. I sammenheng med Cholesky-dekomponering, reduserer oppfinnelsen antallet av nødvendige matematiske operasjoner forut for parallell matchet filtrering.

Følgelig er den hensikt ved den foreliggende oppfinnelse å detektere flere brukere som overfører over et CDMA-grensesnitt med redusert beregningskompleksitet, hvor hver bruker kan nyttiggjøre en ulik spredefaktor.

En annen hensikt ved oppfinnelsen er å anvende eksisterende lineære detektorer i en flerbrukerdetektor uten å kreve en uniform spredefaktor blant alle CDMA-delkanalene.

En ytterligere hensikt ved oppfinnelsen er å effektivt begrense båndbredden til en matrise som representerer flere matchete filtre forut for invertering.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for å gjenvinne data fra flere datasignaler som har forskjellige spredningsfaktorer og som mottas med trådløst, kodedelt, multippelaksesskommunikasjon, kjennetegnet ved de trekk som fremgår av det vedfølgende selvstendige patentkrav 1.

Ytterligere fordelaktige trekk ved foreliggende oppfinnelses fremgangsmåte for å gjenvinne data fra flere datasignaler som har forskjellige spredningsfaktorer og som mottas med en trådløs, kodedelt, multippelaksesskommunikasjon, fremgår av de vedfølgende uselvstendige patentkravene 2 til og med 8.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en mottaker for å gjenvinne data fra flere datasignaler som har forskjellige spredefaktorer og som mottas i trådløs, kodedelt multippelaksesskommunikasjon, kjennetegnet ved de trekk som fremgår av det vedfølgende selvstendige patentkrav 9.

Ytterligere fordelaktige trekk ved foreliggende oppfinnelses mottaker for å gjenvinne data fra flere datasignaler som har forskjellige spredefaktorer og som mottas i trådløs, kodedelt multippelaksesskommunikasjon, fremgår av de vedfølgende uselvstendige patentkravene 10 til og med 16.

De ovenfor nevnte hensikter og fordeler ved systemet og fremgangsmåten vil bli tydelig for fagfolk på området etter å ha lest den detaljerte beskrivelsen av den foretrukne legemliggj øringen.

I det følgende beskrives de vedfølgende tegninger, hvor:

Figur ler et forenklet blokkskjema av et tidligere kjent

multippelaksesskommunikasj onssystem,

figur 2 er et forenklet blokkskjema av et tidligere kjent CDMA-kommunikasjonssystem,

figur 3 er et forenkelt blokkskjema av en tidligere kjent CDMA-mottaker med flerbrukerdeteksj on,

figur 4 er et forenklet blokkskjema av en tidligere kjent flerbrukerdetektor,

figur 5 er et blokkskjema for en tidligere kjent lineær-flerbrukerdetektor,

figur 6 er et blokkskjema for en tidligere kjent lineær-flerbrukerdetektor ved bruk av Cholesky-dekomponering,

figur 7 er et blokkskjema for en lineær-flerbrukerdetektor i henhold til foreliggende oppfinnelse,

figur 8 skildrer systemtransmisjonsresponsmatrisen av A( k) øvre og nedre kolonneforskyvninger (offset),

figur 9 skildrer matrisekolonneindeksverditildeling,

figurene 10A og 10B er flytskjema for en alternativ fremgangsmåte som implementerer foreliggende oppfinnelse,

figur 11 skildrer trinnene for å sammenstille en spredefaktorgruppematrise Aé^, og

figur 12 skildrer trinnene for å sammenstille en A' merket matrise i samsvar med foreliggende oppfinnelse.

Legemliggjøringene vil nå bli beskrevet med henvisning til figurene i de vedfølgende tegningene, hvor like henvisningstall representerer like elementer alle steder.

I figur 7 er det vist en flerbrukerdetektor 17 i henhold til foreliggende oppfinnelse for å detektere, etter mottak, flere brukere som sender over en felles CDMA-kanal. Flerbrukerdetektoren 17 innbefatter flere prosessorer med koUateralminne som utfører forskjellige vektor- og matriseoperasjoner. Alternative legemliggjøringer av oppfinnelsen inkluderer faste portoppstillinger og DSP'er som utfører forskjellige prosessorenes funksjoner. Detektoren 17 innbefatter også en første inngang 19, for å innmate individuelle fc-delkanalimpulsresponsestimater, som er modulert som vektorer h<®>, for å korrigere intersymbolinterferens eller ISI forårsaken av en delkanals egne symboler og multippelaksessinterferens eller MAI, forårsaket av symboler fra andre brukeres delkanaler for alle mottatte datasignaler, og en andre-inngang 21 for å innmate data fra alle brukere k som er overført i en diskret tidsblokk i form av en inngangsvektor r som inneholder de kombinerte data fra hver brukers delkanal, og en utgang 23 for utmating av brukerdata d( k) for hver bruker k fra mottatte kanaldata r i form av en utgangsvektor. Det samlede antall brukere k og spredefaktoren Qrø for hver bruker ( k=l, 2, 3... K) er kjent "a priori".

For å oppnå brukerdata d® for en bestemt bruker for de kombinerte brukerdata r må brukerdata filtreres ved bruk av et matchet filter 25 eller liknende. En med kjennskap til denne teknikken vil være kjent med at det matchete filter 25 krever en responskarakteristikk som er den kompleks-konjugerte av kombinasjonen av den spredte pulsformen og brukerens delkanalimpulsrespons for å frembringe en utgang med et nivå som er representativt for signalene forutfor overføringen. Signaler som innmates i filteret 25, som ikke er sammenfallende med (match med) en gitt responskarakteristikk, produserer en lavere utgang.

Hver individuelle k delkanals impulsresponsestimat h( k) innmates til et første minne 27, hvor det kombineres med den samme brukerens spredekode 29 (ligning 3) som skaper en systemtransmisjonsresponsestimatmatrise A( k) for denne brukeren. En arrangementsprosessor 33 hos foreliggende oppfinnelse 17, utfører en gjenordning av alle kolonnene i matrisen An( k). Arrangementsrfemgangsmåten 99 krever at hver delkanalsystemtransmisjonsresponsmatrise A( k) har kolonnestrukturen som er definert i ligning 4, som er typisk for lineære mottakere. Hvis systemtransmisjonsresponsmatrisene A( k) ikke er av den form som er definert i ligning 4, rearrangerer arrangementsprosessoren 33 først kolonnene til strukturen beskrevet i ligning 4. Foreliggende oppfinnelse 17 krever ikke at alle systemtransmisjonsresponsmatrisen^^ sammenkjedes til en totalsystemtransmisjonsresponsmatrise A som definert i ligning 7.

Arrangementsprosessoren 33 gransker hver systemtransmisjonsresponsmatrise A( <1>\ A( 2) A( <3>\... ^-kolonne for antallet av nullverdi-elementer fra støtten hos hver vektor bj®

(ligning 4) som definerer øvre o( k) Tn og nedre forskyvninger o%« som vist i figur 8 (for en matrise). Som tidligere beskrevet, har hver systemtransmisjonsresponsmatrise A® det samme radantallet, kun kolonneantallet varierer. Som vist i figur 9, tildeler arrangementsprosessoren 33 en indeksverdi for hver kolonne hos hver systemtransmisjonsresponsmatrise A® på grunnlag av deres respektive øvre of^ jn og nedre forskyvninger o%„. Kolonneverdiene tildeles i rekkefølge med økende størrelse fra kolonner fra minimal øvre forskyvning, med maksimal nedre forskyvning, til kolonner med maksimal øvre forskyvning og minimal nedre forskyvning.

Hvis to kolonner påtreffes hvor en har en større øvre forskyvning og en større nedre forskyvning enn en annen, hvis forskjellen mellom de øvre forskyvninger er større enn forskjellen mellom de nedre forskyvninger, tildeles kolonnen med den mindre øvre forskyvning den lavere indeks n,-. Hvis forskjellen mellom nedre forskyvninger er større enn forskjellen mellom øvre forskyvninger, tildeles kolonnen med større nedre forskyvninger den lavere indeksen n,. Hvis forskjellene mellom øvre og nedre forskyvninger er like, kan begge de to kolonnene bli tildelt den lavere indeks n,.

Arrangementsprosessoren 33 sammenstiller en totalsystemtransmisjonsresponsmatrise A' i rekkefølgen til de tildelte kolonneindekser n,-. Kolonneindeksene «/bibeholdes i minnet 33 for bruk under tilbakeomkastingsprosessen 45. For eksempel, ved bruk av totalsystemresponsmatrisene A( 1) og A( 2) som er beskrevet og vist i ligning 8, produserer arrangementsrfemgangsmåten 99 hos foreliggende oppfinnelse 17 totalsystemtransmisjonsresponsmatrisen A som er vist under.

Arrangementsfremgangsmetoden 99 indekserte de åtte kolonnene (1-8) hos systemtransrnisjonsresponsmatriseny4w og de fire kolonnene (9-12) hos systemfransmisjonsresponsmatrisen^^ i rekkefølgen 1, 9, 2, 3,10,4, 5, 11,6, 7,12, 8

for å skape en velbundet totalsystemtransmisjonsresponsmatrise A (ligning 12).

Legemliggjøringen av arrangementsfremgangsmåten 99, som er beskrevet over, innebærer en granskning av hver systemtransmisjonsresponsmatrisei4<w>, A( 2), A( 3),... A( k) som sammenlikner hver kolonne med hver annen kolonne etter øvre o( k) rn og nedre forskyvninger o( k) Bn.. Gitt spesialstrukturen hos hver systemtransmisjonsresponsmatrise A<®>, nemlig at kolonnene hos hver matrise er arrangert i rekkefølge med økende øvre forskyvninger og fallende nedre forskyvninger ettersom man går fra venstre til høyre (med referanse til ligning 8, matriser A( 1) ogA( 2)), kan en alternativ fremgangsmåte 199 bli utført uten å måtte granske hver systemtransmisjonsresponsmatrise A( k) direkte. Den alternative fremgangsmåten er vist i figurene 10A og 10B. Alle systemtransmisjonsresponsmatrisene A( k) som korresponderer (trinn 201) med brukere med like spredefaktorer, grupperes sammen (trinn 203). For hver spredefaktorgruppe g, allokeres minner i prosessoren 33 som er i stand til å lagre alle kolonnene fra alle systemtransmisjonsresponsmatirsenev4w, A( 2\A( 3\ ... A®. Spredefaktorgruppene g er arrangert i rekkefølge etter økende spredefaktor.

Et systemeksempel som illustrerer foreliggende oppfinnelses 199 ytelse inneholder sju brukere med fire forskjellige spredefaktorer Qf^ tildelt som følger: Bruker 1 (£?WJ= 8 Bruker 2 ( Qf2)) <=> 8 Bruker 3 ( Qf3)) = 8 Bruker 4 (& 4)) = 32

Bruker 5 (2^ = 16 Bruker 6 ( Qf6)) = 16 Bruker 7 ( Qf7)) = 4

Ved bruk av foreliggende oppfinnelse 17, system og fremgangsmåte 199, separeres systemtransmisjonsresponsmatrisene A( k) i spredefaktorgrupper:

En respektiv spredefaktorgruppe g omfatter minst en systemtransmisjonsresponsmatrise A( k), hvor hver matrise A( k) på vilkårlig vis indekseres fra 1 til L<®>. Hver spredefaktorgruppe g indekseres i samsvar med økende spredefaktorstørrelse.

I hver spredefaktorgruppe sammenstilles kolonnene hos de assosierte systemtransmisjonsresponsmatrisene A( k) til felles

spredefaktorgruppetransmisjonsresponsmatriser^G^, hvor g = 1,2, 3, ... G (trinn 205). Som vist i figur 11, kopierer fremgangsmåten 199 den første kolonnen hos systemtransmisjonsresponsmatrisen med indeks én til den første blanke kolonnen hos Ag( s) ; den første kolonnen hos systemtransmisjonsresponsmatrisen med indeks to til den andre blanke kolonnen Ag( 8) ; og fortsetter gjennom alle de gjenværende systemtransmisjonsresponsmatrisene i en respektiv spredefaktorgruppe g inntil alle de første kolonnene er kopiert. Fremgangsmåten 199 går videre med å kopiere de andre

kolonnene, de tredje kolonnene etc. for hver matrise A( k) i den respektive spredefaktorgruppen Ao( g)-

Alle matriser i en spredefaktorgruppe g har det samme antall kolonner på grunn av den samme spredefaktoren. Derfor vil de sammensatte spredefaktorgruppetransmisjons-responsmatrisene Aa( g) ha L( g) ganger kolonneantallet i en assosiert systemtransmisjonsresponsmatrise A®. For like spredefaktorer er arrangementsfremgangsmåten som er anvendt på hver individuell systemtransmisjonsresponsmatrise per gruppe, lik tidligere kjente teknikker for å sammenstille en totalsystemtransmisjonsresponsmatrise A.

For å sammenstille en totalsystemtransmisjonsresponsmatrise A' som gir rom for variable spredefaktorer, kopieres spredefaktorgruppetransmisjonsresponsmatrisen Ac( g) med den laveste spredefaktoren sekvensielt (trinn 207) til minnet 33 a, hvor man begynner med den første kolonnen, dvs. kolonne 1 hos Ag( 8), til den første allokerte kolonnen hos A'. Spredefaktorgruppetransmisjonsresponsmatrisen Ac( 8) med den laveste spredefaktoren har det maksimale kolonneantallet. Alle andre spredefaktorgruppetransmisjonsresponsmatrise-kolonner vil bli innsatt i denne basematrisen A'.

Hvis systemspredefaktorene er like heltallsmultipler av hverandre (trinn 209), sammenstiller prosessoren 33 totalsystemtransmisjonsmatrisen A' (trinn 211) ved å ta i betraktning de gjenværende spredefaktorgruppetransmisjonsmatrisene Aq( s) i en hvilken som helst rekkefølge (trinn 209). For hver spredefaktorgruppetransmisjonsmatrise Ac<®>, utleder prosessoren 33 en kolonneplasseringsreferanseindeks m,

hvor (jf** angir spredefaktoren som er assosiert med spredefaktorgruppetransmisjonsmatrisene Aa( g) som tas i betraktning, Q( 1) angir den laveste spredefaktoren blant alle grupper og n er kolonnen hos spredefaktorgruppetransmisjonsmatrisen^G^' som tas i betraktning hvor n = 1,2, 3, ... N (trinn 211). For å anvende kolonneplasseringsindeksen m, utledes en referanselokalisering i A' (trinn 215) ved å anvende det samlede antall systemtransmisjonsresponsmatriser L( 1) som utgjør spredefaktorgruppematrisen med den laveste spredefaktoren, Prosessoren 33 utleder et kolonnesett fra spredefaktorgruppetransmisjonsresponsmatrisen Ag® som tas i betraktning (217) ved bruk av antallet av systemtransmisjonsresponsmatriser som tilhører spredefaktorgruppen som for tiden tas i betraktning,

Prosessoren 33 kopierer kolonnesettet som definert ved ligning 15 fra ^g^ og innsetter det (trinn 219) i basematrisen A' etter kolonnen Ag<®>, som har referanselokaliseringen som er definert ved ligning 14 som vist i figur 12. De gjenværende kolonnene hos spredefaktorgruppematrisen som er under betraktning, kopieres og innsettes i basematrisen A' på tilsvarende måte (trinn 221). Etter at alle kolonnene fra en spredefaktorgruppematrise er plassert, velger prosessoren 33 den neste spredefaktorgruppematrisen Ag<®> (trinn 223) og utfører den ovenstående fremgangsmåten. Ligningene 13,14 og 15 tillater plassering av de i' e kolonnene fra de gjenværende spredefaktorgruppetransmisjonsmatrisene Ag<®> i A' etter en m' e kolonne som har tilsvarende støtte (trinn 225).

Når systemspredefaktorene ikke er like heltallsmultipler av hverandre, gir ikke høyreside uttrykket hos ligning 13 et heltall. I dette tilfellet vil prosessoren 33 avrunde resultatet fra ligning 13 til det nærmeste heltall over eller det nærmeste heltall under verdien (trinn 213). Avrundingsretningen har neglisjerbar virkning på den samlede systemytelsen. Rekkefølgen, i hvilken resten av gruppesystemtransmisjonsmatrisene Ag® kan ha noen innvirking på systemytelsen. "A priori" kjennskap til spredefaktorene kan anvendes for å velge en optimal fremrykkingsrekkefølge.

Ved bruk av arrangementsteknikkene som er beskrevet over, og for tilfellet når spredefaktorene er like heltallsmultipler av hverandre, kan en matrise båndbredde B oppnås som kan bli vist som å være bundet som:

Ligning 16 forutsier at båndbredden til totalsystemtransmisjonsresponsmatrisen i ligning 11 vil være mellom 3 og 6. En undersøkelse av ligning 12 avslører at båndbredden etter en av foreliggende oppfinnelses 17 arrangementsrfemgangsmåte 99, 199, er 4.

Forbedringen som foreliggende oppfinnelse 17 tilveiebringer, verdsettes ytterligere ettersom det samlede antall overførte symboler øker. Hvis et system overførte 16.000 chips (800 symboler for en førstebruker og 400 symboler for en andrebruker), vil båndbredden til matrisen AHA være omtrent 800. Ved bruk av arrangementsmetoden 99 for å frembringe en totalsystemresponsmatrise A, forblir båndbredden hos A' HA' fire, fordi båndbredden (ligning 16) er uavhengig av antallet av overførte symboler. Etter at alle elementene hos objektmatrisen O er utledet, utføres inverteringen 41. Fordi kompleksiteten ved å invertere en matrise er proporsjonal med kvadratet av dens båndbredde, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en reduksjon av beregningskompleksiteten med en faktor på omtrent (800/4)<2> = 200<2> = 40.000.

Totalsystemtransmisjonsresponsmatrisen A' tilveiebringer responskarakteristikkene for matchet-filteret 25. Hver kolonne hos systemresponsmatrisen A' er en vektor som representerer responskarakteristikkene til et spesielt symbol. Mottatt datavektoren r innmates til matchet-filteret 25, hvor det matches med hver responskarakteristikk fra totalsystemtransmisjonsresponsmatrisen^' for å frembringe en matchet-filter utgangsvektor y. Hvert element hos utgangsvektoren y korresponderer med et foreløpig estimat for et bestemt symbol som er overført av en gitt bruker. Utgangsvektoren v fra matchet-filter 25 lastes inn i en multiplikator 43 med den inverterte objektmatrisen O. Både matchet-filter (25)-utgangsvektorenj> og den inverterte objektmatrisen O multipliseres som gir en brukerdatavektor d. Brukerdatavektoren d inneholder alle de data som er sendt fra alle brukere i løpet av den diskrete tidsblokken. Fordi objektmatrisen O og matchet-filter (25)-utgangen er basert på totalsystemresponsmatrise A', og brukerdatavektoren d blir tilbakeomkastet. Tilbakeomkastingsprosessen 149 er den omvendte av arrangementsrfemgangsmåtene 99,199.

En tilbakeomkaster 45 rearrangerer hvert element hos brukerdatavektoren d på grunnlag av kolonne-omtildelingene som ble utført når de var gjenstand for en av arrangementsfremgangsmåtene 99,199. Elementene hos datavektoren d er i den samme rekkefølge som styrt av totaltransmisjonsresponsmatrisen^, 1,9,2, 3,10,4, 5,11,6,7, 12, 8, transponert vertikalt. Tilbakeomkasteren 45 allokerer et minneområde med den samme dimensjonen og plasserer hvert vektorelement i sekvensrekkefølge, 1-12. Etter at brukerdatavektoren d er tilbakeomkastet 149, utmates brukerdataene 23 for videre prosessering.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for å gjenvinne data fra flere datasignaler som har forskjellige spredningsfaktorer og som mottas med trådløst, kodedelt, multippelaksesskommunikasjon, hvor, for hvert datasignal, en respektiv impulsrespons bestemmes (19), en systemresponsmatrise utledes ved bruk av den respektive datasignalimpulsresponsen (27) og en spredekode hos det respektive datasignalet (29), hvor fremgangsmåten er karakterisert ved: å gruppere systemresponsmatriser i grupper med samme spredefaktor for sine korresponderende datasignaler (203), for hver gruppe, å konstruere en gruppesystemresponsmatrise innbefattende kolonnene til alle systemresponsmatrisene i denne gruppen (205) ved sekvensielt å innsette en kolonne fra hver systemresponsmatrise i gruppen, i sin tur (37), for hver gruppe, i sekvens, å ekskludere gruppen med en lavest spredefaktor, og å innsette denne gruppesystemresponsmatrisens kolonner i lavest-spredefaktorgruppe-systemresponsmatrisen som en vel bundet totalsystemresponsmatrise (209-223) med en begrenset båndbredde, og å fastlegge datasignalenes data (25,42,43,45,23) ved bruk av de mottatte datasignalene og totalsystemresponsmatrisen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at databestemmelsen innbefatter: å filtrere de flere datasignalene med totalsystemresponsmatrisen for å skaffe en matchet filterutgang, å danne en objektivmatrise (39) på grunn av totalsystemresponsmatrisen, å invertere (41) objektivmatrisen, å multiplisere (43) matchetfilterutgangen med den inverterte objektivmatrisen for å skaffe estimerte data, og å tilbakeomkaste (45) de estimerte data for å skaffe data som korresponderer med de flere datasignalene.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at kolonneinnsettingen videre innbefatter: å velge en gruppesystemresponsmatrise for vurdering fra de ikke-ekskluderte gruppene, å utlede en kolonneplasseringsreferanse (211) for en første kolonne i den valgte spredefaktorgruppematrisen, å utlede en referansebeliggenhet (217) i totalsystemresponsmatrisen, å utlede et kolonnesett (219) fra den valgte spredefaktorgruppematrisen, å innsette dette kolonnesettet etter kolonneplasseringsreferansen i totalsystemresponsmatrisen (221), å repetere å velge, å utlede en kolonneplasseringsreferanse, å utlede en referansebeliggenhet og å innsette, for hver suksessive kolonne i gruppesystemresponsmatrisen til vurdering, og å repetere å velge, å utlede en referansebeliggenhet, å utlede en kolonne, å innsette og å repetere (223), for de gjenværende grupperesponsmatrisene i de ikke-ekskluderte gruppene.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at å utlede en kolonneplasseirngsreferanse videre innbefatter: å tildele en kolonneplasseringsreferanseindeks m (211) for gruppesystemresponsmatrisen under vurdering ved bruk av hvor Qf<**> angir spredefaktoren assosiert med spredefaktorgruppematrisen under vurdering, Q?<*> angir den laveste spredefaktoren blant alle grupper og n er kolonnen til spredefaktorgruppematrisen under vurdering, hvor n=l,2,3....

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved å avrunde indeksen til et heltall når indeksen ikke er et heltall.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-5, karakterisert ved at datafastleggelsen gjør bruk av en minimumsmiddelkvadratfeildetektor.

7. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-5, karakterisert ved at datafastleggelsen gjør bruk av en nulldrivende blokklineærutligner.

8. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-5, karakterisert ved at datafastleggelsen gjør bruk av en dekorrelator.

9. Mottaker for å gjenvinne data fra flere datasignaler som har forskjellige spredefaktorer og som mottas i trådløst, kodedelt multippelaksesskommunikasjon, hvor, for hvert datasignal, en respektiv impulsrespons blir bestemt (19), og en systemresponsmatrise blir utledet ved bruk av den respektive datasignalimpulsresponsen og en spredekode for det respektive datasigrialet, hvilken mottaker er karakterisert ved: innretning (33) for å gruppere systemresponsmatrisene i grupper med samme spredefaktor for sine korresponderende datasignaler, innretning (33) for hver gruppe, som konstruerer en gruppesystemresponsmatrise som innbefatter kolonner til alle systemresponsmatrisene i denne gruppen ved sekvensielt å innsette en kolonne fra hver systemresponsmatrise i denne gruppen, i sin tur (37), innretning (33) for hver gruppe, i sekvens, som ekskludere gruppen med en lavest spredefaktor, som innsetter denne gruppesystemresponsmatrisens kolonner i lavest-spredefaktorgruppesystemresponsmatrisen som en vel bundet totalsystemresponsmatrise med en begrenset båndbredde, og innretning (33) for å fastlegge datasignalenes data ved bruk av de mottatte datasignalene og totalsystemresponsmatrisen.

10. Mottaker ifølge krav 9, karakterisert ved at innretningen for å fastlegge innbefatter: innretning for å filtrere (25) de flere datasignalene med totalsystemresponsmatrisen for å skaffe en matchet filterutgang, innretning for å danne en objektivmatrise (39) basert på totalsystemresponsmatrisen, innretning for å invertere (41) objektivmatrisen, innretning for å multiplisere (43) matchetfilterutgangen med den inverterte objektivmatrisen for å skaffe estimerte data, og innretning for å tilbakeomkaste (45) de estimerte data for å skaffe data som tilsvarer de flere datasignalene.

11. Mottaker ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved at den videre innbefatter: innretning for å velge (33) en gruppesystemresponsmatrise for vurdering fra de ikke-ekskluderte gruppene, innretning for å utlede (33) en kolonneplasseringsreferanse for en første kolonne i den valgte spredefaktorgruppematrisen, innretning for å utlede (33) en referansebeliggenhet i totalsystemresponsmatrisen, innretning for å utlede (33) et kolonnesett fra den valgte spredefaktorgruppematrisen, og innretning for å innsette (33) dette kolonnesettet etter kolonneplasseirngsreferansen i totalsystemresponsmatrisen (221).

12. Mottaker ifølge krav 11, karakterisert ved at innretningen for å utlede en kolonneplasseringsreferanse videre innbefatter: innretning for å tildele (33) en kolonneplasseringsreferanseindeks m for gruppesystemresponsmatrisen under vurdering ved bruk av hvor Q<f**> angir spredefaktoren assosiert med spredefaktorgruppematrisen under vurdering, Qf'* angir den laveste spredefaktoren blant alle grupper og n er kolonnen til spredefaktorgruppematrisen under vurdering, hvor n=l,2,3....

13. Mottaker ifølge krav 12, videre karakterisert ved avrunding av indeksen til et heltall når indeksen ikke er et heltall.

14. Mottaker ifølge kravene 9-13, karakterisert ved at datafastleggelsen gjør bruk av en minimumsmiddelkvadratfeildetektor.

15. Mottaker ifølge kravene 9-13, hvor datafastleggelsen gjør bruk av en nulldrivende blokklineærutligner.

16. Mottaker ifølge kravene 9-13, hvor datafastleggelsen gjør bruk av en dekorrelator.