專利名稱：基于碼分多址系統(tǒng)的多址干擾抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)干擾抑制技術(shù)，尤其CDMA(碼分多址)移動(dòng)通信系統(tǒng)的多址干擾的抑制方法。
目前，在CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中，處于同一基站控制下的不同移動(dòng)用戶由于傳輸信道的不同，各用戶信號(hào)之間無(wú)法保證其正交性，基站接收機(jī)接收到的各用戶信號(hào)會(huì)存在多址干擾。多址干擾使系統(tǒng)容量和信號(hào)檢測(cè)性能有所降低，直接制約CDMA系統(tǒng)的性能。為了抑制多址干擾，改善CDMA系統(tǒng)這一狀況，曾經(jīng)有很多人提出過(guò)抑制多址干擾的方法，例如文獻(xiàn)“CDMA系統(tǒng)中改進(jìn)的并行干擾抑制方法”(Dariush Divsalar，M.K.Simon“Improved paralell interference cancellation for CDMA″IEEE Trans.Comm vol.46，No.2，F(xiàn)eb.1998)中提到的并行干擾抑制方法，這種方法對(duì)干擾用戶采用硬判決檢測(cè)信號(hào)，對(duì)期望用戶檢測(cè)信號(hào)采用軟判決，對(duì)兩者加不同的權(quán)值，同時(shí)，對(duì)總的接收信號(hào)也進(jìn)行了加權(quán)。這種方法是采用期望用戶信號(hào)前一級(jí)的軟判決信號(hào)，加上前一級(jí)加對(duì)期望用戶的殘差信號(hào)加權(quán)后的值作為本級(jí)充分統(tǒng)計(jì)量。這個(gè)殘差信號(hào)是由總接收信號(hào)減去再生后期望用戶信號(hào)與其干擾用戶信號(hào)之和得到的。由于該方法對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行了加權(quán)和對(duì)迭加的期望用戶再生估計(jì)信號(hào)不加權(quán)，以及不同干擾用戶信號(hào)性能估計(jì)不一致，使期望用戶性能在誤碼率檢測(cè)方面并不十分有利。同時(shí)，該檢測(cè)器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，使實(shí)現(xiàn)該方法的計(jì)算量較大。因此，該并行干擾抑制方法在復(fù)雜度和誤碼率方面沒(méi)有達(dá)到較理想性能。
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)雜度較低、性能較好的基于碼分多址系統(tǒng)的多址干擾抑制方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于碼分多址系統(tǒng)的多址干擾抑制方法，該方法包括以下過(guò)程接收機(jī)首先將高頻信號(hào)變換成基帶信號(hào)，然后，分離數(shù)據(jù)信息和同步控制參數(shù)信息，在提取信道參數(shù)之后，對(duì)各用戶進(jìn)行解擴(kuò)和解調(diào)操作，在進(jìn)行軟判決限幅后，再生出加權(quán)后所有用戶的估計(jì)信號(hào)，將接收信號(hào)進(jìn)行必要的延遲處理，對(duì)已加權(quán)的再生干擾信號(hào)進(jìn)行一級(jí)多址干擾對(duì)消處理，即進(jìn)行碼片級(jí)加權(quán)對(duì)消處理，然后，判斷干擾對(duì)消級(jí)數(shù)是否為零，若沒(méi)有完成，則進(jìn)入下一級(jí)干擾對(duì)消循環(huán)，若完成干擾對(duì)消，則通過(guò)解擴(kuò)與解調(diào)和符號(hào)判決就檢測(cè)出所期望用戶數(shù)據(jù)符號(hào)。
上面所述加權(quán)各用戶的再生估計(jì)信號(hào)，是對(duì)所有用戶前一級(jí)檢測(cè)估計(jì)信號(hào)再生后的加權(quán)，包括期望用戶信號(hào)和干擾用戶信號(hào)，接收信號(hào)不加權(quán)，其加權(quán)值根據(jù)系統(tǒng)擴(kuò)頻因子、用戶數(shù)和信噪比等參數(shù)來(lái)確定，通常為不大于1的正數(shù)。
上面所述進(jìn)行一級(jí)多址干擾對(duì)消處理，是延遲后的接收信號(hào)減去加權(quán)后的所有用戶再生前級(jí)估計(jì)信號(hào)的殘差信號(hào)，加上期望檢測(cè)用戶的加權(quán)估計(jì)再生信號(hào)后，再進(jìn)行該信號(hào)的檢測(cè)。
上面所述軟判決限幅處理操作方法為 其中 為線性軟判決限幅器的輸出；f(zk(s))是單調(diào)上升線性函數(shù)；zk，i(s)是第s級(jí)第k用戶第i時(shí)刻對(duì)應(yīng)相關(guān)器輸出的充分統(tǒng)計(jì)量；x＞0，x2＞0分別表示為上、下限幅值；λ為充分統(tǒng)計(jì)量的限幅范圍。
由于實(shí)際中用匹配濾波器檢測(cè)出期望用戶的信號(hào)，而匹配濾波器輸出端的符號(hào)判決方式對(duì)系統(tǒng)性能影響較大，若采用硬判決，判決器輸入端充分統(tǒng)計(jì)量較大時(shí)，表明待檢測(cè)用戶對(duì)干擾信號(hào)消除有利，其信號(hào)檢測(cè)會(huì)較好。而當(dāng)充分統(tǒng)計(jì)量較小時(shí)，待檢測(cè)用戶對(duì)干擾用戶信號(hào)消除會(huì)不利，期望用戶信號(hào)檢測(cè)會(huì)較差。若采用軟判決方法情況又相反。所以，本發(fā)明提出結(jié)合軟、硬判決優(yōu)點(diǎn)的線性限幅處理方法，既能夠?qū)Τ浞纸y(tǒng)計(jì)量較大干擾信號(hào)進(jìn)行限制，又能夠?yàn)槌浞纸y(tǒng)計(jì)量較小的干擾信號(hào)信息有效利用。同時(shí)，由于采用碼片級(jí)的信號(hào)對(duì)消，使誤差信息沒(méi)有積累，而且在并行干擾對(duì)消時(shí)，本發(fā)明又采用了接收信號(hào)減去前級(jí)加權(quán)后所有用戶再生估計(jì)信號(hào)，再加上已加權(quán)的期望用戶擴(kuò)頻調(diào)制再生估計(jì)信號(hào)的干擾對(duì)消方式，使接收機(jī)結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，因此，本發(fā)明誤碼率和復(fù)雜度較低，并且檢測(cè)器性能穩(wěn)定。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。


圖1是本發(fā)明方法的處理流程圖；圖2是本發(fā)明方法對(duì)應(yīng)的多址干擾抑制器整體結(jié)構(gòu)圖3是本發(fā)明與匹配濾波器、硬判決并行干擾抑制、軟判決并行干擾抑制仿真性能比較圖。
首先結(jié)合DS-CDMA系統(tǒng)(直接序列擴(kuò)頻碼分多址通信系統(tǒng))對(duì)本發(fā)明進(jìn)行闡述。在DS-CDMA系統(tǒng)中，各用戶信源數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)二元移相鍵控(BPSK)調(diào)制后，得到數(shù)據(jù)流bk。再將它們與各自的擴(kuò)頻序列c(n)相乘并相加，然后，將基帶信號(hào)變換到高頻，并用天線將信號(hào)發(fā)射出去；在接收端，首先，將經(jīng)過(guò)無(wú)線移動(dòng)信道傳播的高頻信號(hào)用接收天線檢測(cè)，再把這些信號(hào)變換成基帶信號(hào)，然后用基帶接收機(jī)對(duì)期望接收的信號(hào)解擴(kuò)和解調(diào)，最后得到所需要的用戶信息。
對(duì)于DS-CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)，接收機(jī)輸入端的信號(hào)為 這里T是一個(gè)符號(hào)周期，i表示發(fā)射的第i個(gè)符號(hào)。其中ωk，φk，τk，分別表示第k用戶的載波角頻率，相位和延遲；ck(t)是其擴(kuò)頻信號(hào)。ψT(t)是基帶信號(hào)波形。n(t)是均值為零，方差為σ2的白高斯過(guò)程。
通常，對(duì)期望用戶信號(hào)檢測(cè)方法和符號(hào)判決是評(píng)價(jià)一個(gè)方法優(yōu)劣的關(guān)鍵。若采用傳統(tǒng)的接收機(jī)-匹配濾波器，可以通過(guò)相干檢測(cè)方法，在解調(diào)和解擴(kuò)之后得到各用戶的充分統(tǒng)計(jì)量。再經(jīng)過(guò)硬判決器得到該用戶的數(shù)據(jù)符號(hào)。各用戶的信號(hào)統(tǒng)計(jì)量是由三部分組成，即用戶信號(hào)、多址干擾信號(hào)和噪聲，若用戶信號(hào)與干擾信號(hào)的符號(hào)一致，充分統(tǒng)計(jì)量絕對(duì)值會(huì)較大。采用軟判決方法，該用戶信號(hào)會(huì)較強(qiáng)，這樣，會(huì)對(duì)后面的干擾對(duì)消不利。因此，此時(shí)采用硬判決方法較好。若用戶信號(hào)與干擾信號(hào)的符號(hào)不同，充分統(tǒng)計(jì)量絕對(duì)值會(huì)較小，如采用硬判決方法，該用戶信號(hào)判決的可靠度相對(duì)較差，同樣會(huì)對(duì)后面的干擾對(duì)消不利。因此，此時(shí)采用軟判決方法較好。多級(jí)并行干擾抑制技術(shù)，是對(duì)前級(jí)檢測(cè)信號(hào)擴(kuò)頻再生，干擾消除后繼續(xù)進(jìn)行期望用戶檢測(cè)。前級(jí)的數(shù)據(jù)符號(hào)判決會(huì)和再生信號(hào)的加權(quán)值，都會(huì)對(duì)后級(jí)數(shù)據(jù)檢測(cè)產(chǎn)生較大的影響?；谏鲜鲈?，本發(fā)明提出線性限幅判決和加權(quán)優(yōu)化處理，可以兼顧不同強(qiáng)度的充分統(tǒng)計(jì)量和有效消除估計(jì)偏移量。從而，提高并行干擾抑制方法的檢測(cè)性能。對(duì)于受噪聲和干擾影響的信號(hào)，期望用戶信號(hào)樣點(diǎn)接近零點(diǎn)的檢測(cè)性能有所改善。在信號(hào)抽樣點(diǎn)遠(yuǎn)離判決零點(diǎn)的個(gè)用戶抽樣點(diǎn)，又采用限幅器加以限制，從而減少了判決統(tǒng)計(jì)量過(guò)強(qiáng)所帶來(lái)的用戶之間干擾。對(duì)于前級(jí)的有偏估計(jì)又可通過(guò)加權(quán)法加以抑制；碼片級(jí)的對(duì)消使誤差沒(méi)有積累；這些都使系統(tǒng)的檢測(cè)性能得到有效的保證。
本發(fā)明的思想為在接收端，先利用匹配濾波器解調(diào)解擴(kuò)各用戶信息。根據(jù)各擴(kuò)頻碼機(jī)序列，信號(hào)幅度，相位和延遲等信息，再生各擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)，經(jīng)線性限幅和加權(quán)處理后，用接收信號(hào)減去加權(quán)后的全部用戶的再生估計(jì)信號(hào)，加上期望接收用戶的加權(quán)再生估計(jì)信號(hào)，最后，用匹配濾波器檢測(cè)出期望用戶的信號(hào)。具體說(shuō)，本發(fā)明的方法通過(guò)以下過(guò)程實(shí)現(xiàn)，參考圖1。接收機(jī)首先將高頻信號(hào)變換成基帶信號(hào)1，然后，分離數(shù)據(jù)信息2和同步控制參數(shù)信息3，在提取信道參數(shù)4之后，對(duì)各用戶進(jìn)行解擴(kuò)和解調(diào)操作5，在進(jìn)行軟判決限幅6后，加權(quán)各用戶的再生估計(jì)信號(hào)8，將接收信號(hào)進(jìn)行必要的延遲處理7，減去前一級(jí)所有再生估計(jì)信號(hào)，加上已加權(quán)的前一級(jí)期望用戶再生估計(jì)信號(hào)；完成一級(jí)多址干擾對(duì)消處理9，即進(jìn)行碼片級(jí)加權(quán)對(duì)消處理，然后，判斷干擾對(duì)消級(jí)數(shù)是否為零10，若沒(méi)有完成，則進(jìn)入下一級(jí)干擾對(duì)消循環(huán)，若完成干擾對(duì)消，則通過(guò)解擴(kuò)與解調(diào)11和符號(hào)判決12就檢測(cè)出所期望用戶數(shù)據(jù)符號(hào)。
在上述過(guò)程中，所述加權(quán)各用戶的再生估計(jì)信號(hào)，是對(duì)所有用戶前一級(jí)檢測(cè)估計(jì)信號(hào)再生后的加權(quán)，包括期望用戶信號(hào)和干擾用戶信號(hào)，接收信號(hào)不加權(quán)，其加權(quán)值根據(jù)系統(tǒng)擴(kuò)頻因子、用戶數(shù)和信噪比等參數(shù)來(lái)確定，通常為不大于1的正數(shù)。所述進(jìn)行一級(jí)多址干擾對(duì)消處理，是在延遲后的接收信號(hào)減去加權(quán)后的所有用戶再生前級(jí)估計(jì)信號(hào)的殘差信號(hào)，加上期望檢測(cè)用戶的加權(quán)估計(jì)再生信號(hào)后，再進(jìn)行該信號(hào)的檢測(cè)。 其中 為線性軟判決限幅器的輸出；f(zk(s))是單調(diào)上升線性函數(shù)；zk，i(s)是第S級(jí)第k用戶第i時(shí)刻對(duì)應(yīng)相關(guān)器輸出的充分統(tǒng)計(jì)量；x＞0，x2＞0分別表示為上、下限幅值；λ為充分統(tǒng)計(jì)量的限幅范圍。該λ的值根據(jù)系統(tǒng)用戶數(shù)和信噪比來(lái)確定，為大于0的正數(shù)。
能完成本發(fā)明的多址干擾抑制器整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。在圖2中，匹配濾波器(MF)1是傳統(tǒng)解調(diào)解擴(kuò)檢測(cè)器；線性限幅2是對(duì)充分估計(jì)量采用線性軟判決限幅處理；再生加權(quán)3對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行加權(quán)、調(diào)制和擴(kuò)頻處理；延遲器4是為了使接收信號(hào)與前級(jí)已加權(quán)的再生估計(jì)信號(hào)在時(shí)間上對(duì)齊；抵消器5和相加器6是為提取期望用戶信號(hào)所采用的干擾抑制裝置。其后的并行干擾抑制器7(OP|C|)是對(duì)多級(jí)多用戶同時(shí)進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，軟判決限幅，加權(quán)再生，干擾相消等過(guò)程的集成處理裝置。并行干擾抑制器8、9(OP|C||，OP|C|||)是多級(jí)并行干擾抑制裝置。圖2中顯示3級(jí)并行干擾抑制裝置，在實(shí)際中隨級(jí)數(shù)增加檢測(cè)性能隨之提高。
對(duì)于上述多級(jí)并行干擾抑制裝置，第s級(jí)的檢測(cè)性能依賴于第s-1級(jí)的檢測(cè)性能，并且隨著級(jí)數(shù)的增加，檢測(cè)器的性能會(huì)不斷提高。對(duì)于經(jīng)過(guò)s＞0級(jí)的第k個(gè)用戶的估計(jì)信號(hào)為 其中 是第k個(gè)用戶信號(hào)功率的估計(jì)值，它可以單獨(dú)估計(jì)；也可以從充分統(tǒng)計(jì)量中得到，wk表示對(duì)第用戶的加權(quán)值，權(quán)值取值一般在0和1之間，它可根據(jù)系統(tǒng)信噪比，小區(qū)用戶數(shù)和各用戶信號(hào)與估計(jì)信號(hào)的誤差量來(lái)確定。并且隨級(jí)數(shù)增加其值會(huì)不斷增大。充分統(tǒng)計(jì)量zk，i(s)和再生擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)是更關(guān)注的信息。通過(guò)從接收信號(hào)中減去各用戶的再生干擾信號(hào)之和，就可以得到關(guān)于第k個(gè)用戶第i時(shí)刻的新的接收信號(hào)r^k(s)(t)=r(t)-Σj=1Kwks^j(s)(t)+wks^k(s)]]> 當(dāng)s＝0時(shí)， 第k個(gè)用戶在第i位第s級(jí)的充分統(tǒng)計(jì)量在經(jīng)過(guò)s-1級(jí)的干擾抵消后為
其中為 估計(jì)信號(hào)再生。在這里，為了克服多級(jí)并行干擾抑制檢測(cè)器的充分統(tǒng)計(jì)量的有偏性，本發(fā)明首先對(duì)統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行線性軟判決，軟判決能夠使弱信號(hào)得到更準(zhǔn)確的判決，再對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行限幅和加權(quán)處理。限幅是對(duì)強(qiáng)干擾信號(hào)進(jìn)行有效抑制。加權(quán)是充分統(tǒng)計(jì)量的有偏估計(jì)的有效抑制。同時(shí)，為了能夠減小統(tǒng)計(jì)量絕對(duì)值較大時(shí)對(duì)信號(hào)檢測(cè)帶來(lái)的不利影響，本發(fā)明對(duì)加權(quán)后的統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行了限幅處理，使得干擾抑制檢測(cè)裝置的性能保持穩(wěn)定。
本發(fā)明用于CDMA通信系統(tǒng)的基站接收機(jī)，可有效地抑制各用戶間的多址干擾，能夠得到較好的檢測(cè)性能，提高了系統(tǒng)的用戶容量。通過(guò)本發(fā)明方法的方法和傳統(tǒng)接收機(jī)，即匹配濾波器MF，硬判決并行干擾抑制和軟判決并行干擾抑制方法在擴(kuò)頻因子16、系統(tǒng)用戶數(shù)為16、擴(kuò)頻序列采用正交可變擴(kuò)頻序列的異步CDMA系統(tǒng)環(huán)境下，進(jìn)行高斯信道下各方法的仿真測(cè)試及性能比較，結(jié)果如圖3所示，圖中實(shí)線表示本發(fā)明的檢測(cè)性能，‘+’表示匹配濾波器的檢測(cè)性能，‘o’表示軟判決并行干擾抑制的檢測(cè)性能，‘*’表示硬判決并行干擾抑制的檢測(cè)性能。從圖3可觀察到本發(fā)明的檢測(cè)性能最佳，硬判決并行干擾抑制的性能次之，隨后的是軟判決并行干擾抑制，匹配濾波器性能最差。這個(gè)仿真測(cè)試表明，本發(fā)明采用方法的誤碼檢測(cè)性能優(yōu)于一般普通的并行干擾抑制方法。
權(quán)利要求
1.一種基于碼分多址系統(tǒng)的多址干擾抑制方法，其特征在于，該方法包括以下過(guò)程接收機(jī)首先將高頻信號(hào)變換成基帶信號(hào)，然后，分離數(shù)據(jù)信息和同步控制參數(shù)信息，在提取信道參數(shù)之后，對(duì)各用戶進(jìn)行解擴(kuò)和解調(diào)操作，在進(jìn)行軟判決限幅后，加權(quán)各用戶的再生估計(jì)信號(hào)，將接收信號(hào)進(jìn)行必要的延遲處理，對(duì)已加權(quán)的再生干擾信號(hào)進(jìn)行一級(jí)多址干擾對(duì)消處理，即進(jìn)行碼片級(jí)加權(quán)對(duì)消處理，然后，判斷干擾對(duì)消級(jí)數(shù)是否為零，若沒(méi)有完成，則進(jìn)入下一級(jí)干擾對(duì)消循環(huán)，若完成干擾對(duì)消，則通過(guò)解擴(kuò)與解調(diào)和符號(hào)判決就檢測(cè)出所期望用戶數(shù)據(jù)符號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于碼分多址系統(tǒng)的多址干擾抑制方法，其特征在于所述加權(quán)各用戶的再生估計(jì)信號(hào)，是對(duì)所有用戶前一級(jí)檢測(cè)估計(jì)信號(hào)再生后的加權(quán)，包括期望用戶信號(hào)和干擾用戶信號(hào)，接收信號(hào)不加權(quán)，其加權(quán)值根據(jù)系統(tǒng)擴(kuò)頻因子、用戶數(shù)和信噪比等參數(shù)來(lái)確定，通常為不大于1的正數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于碼分多址系統(tǒng)的多址干擾抑制方法，其特征在于所述進(jìn)行一級(jí)多址干擾對(duì)消處理，是在延遲后的接收信號(hào)減去加權(quán)后的所有用戶再生前級(jí)估計(jì)信號(hào)的殘差信號(hào)，加上期望檢測(cè)用戶的加權(quán)估計(jì)再生信號(hào)后，再進(jìn)行該信號(hào)的檢測(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于碼分多址系統(tǒng)的多址干擾抑制方法，其特征在于，所述軟判決限幅處理操作的方法為 其中 為線性軟判決限幅器的輸出；f(zk(s))是單調(diào)上升線性函數(shù)；zk，i(s)是第s級(jí)第k用戶第i時(shí)刻對(duì)應(yīng)相關(guān)器輸出的充分統(tǒng)計(jì)量；x＞0，x2＞0分別表示為上、下限幅值；λ為充分統(tǒng)計(jì)量的限幅范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于碼分多址系統(tǒng)的多址干擾抑制方法，其特征在于充分統(tǒng)計(jì)量的限幅范圍λ根據(jù)系統(tǒng)用戶數(shù)和信噪比來(lái)確定，為不小于0的正數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于碼分多址系統(tǒng)的多址干擾抑制方法,該方法利用匹配濾波器解調(diào)解擴(kuò)各用戶信息,根據(jù)各擴(kuò)頻碼機(jī)序列,信號(hào)幅度,相位和延遲等信息,再生各擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào),經(jīng)線性限幅和加權(quán)處理和接收信號(hào)作多級(jí)碼片級(jí)加權(quán)對(duì)消處理,最后用匹配濾波器檢測(cè)出期望用戶的信號(hào)。該方法既能夠?qū)Τ浞纸y(tǒng)計(jì)量較大干擾信號(hào)進(jìn)行限制,又能夠?yàn)槌浞纸y(tǒng)計(jì)量較小的干擾信號(hào)信息有效利用,誤差信息沒(méi)有積累,性能更穩(wěn)定。檢測(cè)器結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)H04J13/02GK1355627SQ0012813
公開(kāi)日2002年6月26日 申請(qǐng)日期2000年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月27日
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