專利名稱：碼分多址通信系統(tǒng)的反向鏈路的差值多級檢測的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種無線通信系統(tǒng)中的多級檢波器，特別是涉及一種在碼分多址通信系統(tǒng)的反向鏈路中用于提供差值多級檢測的方法和裝置。
就在過去沒幾年，蜂窩系統(tǒng)對數(shù)百萬人的生活具有直接的影響。人們第一次能夠不必被束縛在一個特定的位置上來進行電話呼叫和接收電話呼叫。移動電話，作為蜂窩系統(tǒng)的一部分，已經(jīng)允許人們打破位置和接入通信之間的聯(lián)系。同時移動電話已經(jīng)允許人們聯(lián)系到在移動中的另一個人。隨著蜂窩系統(tǒng)的發(fā)展，人們已經(jīng)被允許在任何時候在任意位置上聯(lián)系到移動中的另一個人。
第一代移動通信系統(tǒng)誕生于十九世紀80年代早期。無線電與電話技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)生了移動電話并且觸發(fā)了電信中的轉(zhuǎn)折點。把無線接入加到電話網(wǎng)中意味著在歷史上第一次使處于網(wǎng)絡(luò)中的一個固定點上的電話概念不再有效。能夠在任意位置進行電話呼叫與接收到電話呼叫的益處已吸引了商人一最初的市場。在第一代蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，模擬無線技術(shù)被用于用戶連接(稱為＂空中接口＂)。利用一個稱為頻分多址(FDMA)的技術(shù)，每個音頻信道具有它自己的窄頻帶。
可是，由于移動電話不斷增長的需求，正式地超前預(yù)測，很明顯可用的無線電頻譜將不夠容納預(yù)期的移動電話用戶的數(shù)目。數(shù)字技術(shù)就變成該問題的解決方案。答案在于在給定的頻率分配內(nèi)允許支持大數(shù)目的移動用戶的新的數(shù)字無線技術(shù)中。時分多址(TDMA)技術(shù)被使用，在其中寬帶頻率信道被分成斷續(xù)的時隙，即，在任何一個時間上，多個呼叫共享同一頻率信道。該數(shù)字技術(shù)還提供其他重要的益處。它提供更好的話音質(zhì)量和可防止未經(jīng)認可的偷聽的改良的安全性。另外一個技術(shù)，碼分多址(CDMA)隨后也已發(fā)展以便增加容量。
雖然今天的移動電話還可以以諸如傳真和電子郵件的發(fā)送與接收之類的相對低速率的數(shù)據(jù)應(yīng)用可以接受的速率用于數(shù)據(jù)傳輸，但是第一代和第二代移動通信系統(tǒng)主要被設(shè)計來支持話音通信。然而，這些系統(tǒng)不支持高速數(shù)據(jù)或視頻應(yīng)用。第三代移動通信系統(tǒng)正在發(fā)展以便消除帶寬瓶頸并且支持話音、數(shù)據(jù)、視頻、以及多媒體業(yè)務(wù)的一個完整的新范圍。例如，敏捷的消息把互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)帶到每個移動用戶的指尖。由于人們逐漸習慣于移動通信已提供的自由，所以他們對于所需要的信息并且服務(wù)將變得更高要求以便有益于他們的生活。
遍及全世界的用戶對于移動通信的需求正繼續(xù)以飛快的速度擴展并且如此擴展將繼續(xù)到至少下一個十年。為了滿足這樣的需求，在這個正在成長的產(chǎn)業(yè)中正在建造越來越多創(chuàng)新的移動電信網(wǎng)絡(luò)。碼分多址(CDMA)是作為第三代(3G)蜂窩系統(tǒng)的實施的主要技術(shù)之一出現(xiàn)的。在CDMA中，每個用戶分配一個唯一碼序列(擴展碼)，其用于對信息承載信號(information bearing signal)進行編碼。接收機，知道該用戶的碼序列，在接收之后對接收的信號解碼并恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。這是可能的，因為在期望用戶的碼和其他用戶的碼之間的互相關(guān)很小。由于碼信號的帶寬被選擇為比信息承載信號的帶寬寬許多，所以編碼過程對信號頻譜進行擴展，因此這也就是通常所說的擴頻調(diào)制。
可以根據(jù)調(diào)制技術(shù)對CDMA分類。例如，該系統(tǒng)可以是直接序列(DS)擴頻CDMA系統(tǒng)，其中，信息承載信號與高片速率擴展碼直接相乘。另外一個調(diào)制技術(shù)是跳頻擴頻，其中，按照擴展碼飛快地改變發(fā)射信息承載信號的載波產(chǎn)生器。跳時擴頻包括以短脈沖的形式發(fā)射信息承載信號而不是連續(xù)地發(fā)射信息承載信號，其中，短脈沖的定時由擴展碼決定。在使用兩個或兩個以上的上述調(diào)制技術(shù)時也可以使用混合調(diào)制。此外，也可以使CDMA與其它多種接入方法結(jié)合TDMA，多載波(MC)或多音(MT)調(diào)制。
在DS-CDMA中，由一個數(shù)字、離散時間、離散數(shù)值的碼信號來直接地調(diào)制該調(diào)制的信息承載信號(數(shù)據(jù)信號)。數(shù)據(jù)信號可以是模擬信號或者數(shù)字信號。典型情況下它是數(shù)字信號。對于數(shù)字信號，數(shù)據(jù)調(diào)制常常被省略而數(shù)據(jù)信號與碼信號直接相乘并且結(jié)果信號去調(diào)制一個寬帶載波。CDMA系統(tǒng)常常使用混合分集方案以便在同一蜂窩區(qū)域中既捕獲強信號又捕獲弱信號。為了在同一蜂窩區(qū)域中捕獲強信號及弱信號，天線陣列分集和RAKE分集被應(yīng)用。另外，在延遲擴展很顯著的情形下，則為移動站和基站指定RAKE接收機以便改善接收。
當前CDMA接收機基于RAKE接收機原理，它把其他用戶的信號看作干擾。然而，在最佳接收機中將連帶地說明所有的信號或者通過從所需信號中減掉來自其他信號的干擾來將干擾去掉。因為信號間的相關(guān)性已知(即，干擾是確定性的而不是隨機的)，所以這是可能的。
使用RAKE接收機的直接序列CDMA系統(tǒng)的容量是干擾有限的。實際上這意味著當一個新用戶或者干擾信號進入網(wǎng)絡(luò)時，其他用戶的服務(wù)質(zhì)量將降低。網(wǎng)絡(luò)越抵制干擾則越可以服務(wù)更多的用戶。干擾基站或移動站的多個接入干擾是小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間(intra-andintercell)干擾二者之和。
多用戶檢測(MUD)，也稱為聯(lián)合檢測及干擾消除(IC)，提供減少多個接入干擾的影響的裝置，并因此增加系統(tǒng)容量。在第一個地方，MUD僅考慮消除小區(qū)間干擾，意思是說在實際的系統(tǒng)中容量將由于算法效率和小區(qū)內(nèi)干擾而受限制。
除了容量改善，MUD減輕了DS-CDMA系統(tǒng)典型的遠/近問題。在基站附近的移動站由于使用太高發(fā)射功率而可能阻塞整個小區(qū)的通信量。如果首先檢測到這個用戶并且從輸入信號中去掉，則其他用戶將感覺不到該干擾。
多用戶檢波器中的傳統(tǒng)匹配濾波器組方法經(jīng)受過MAI(多個接入干擾)和遠近問題。已被建議的最佳多用戶檢波器可以消除MAI并在傳統(tǒng)的多用戶檢波器上提供明顯的改善。然而，對于K用戶、N比特的通信系統(tǒng)，它需要2NK次的徹底搜索以便查找最大似然序列，其是計算集中的。這一點已經(jīng)引導(dǎo)研究員去使用諸如去相關(guān)檢波器和最小均方誤差(MMSE)檢波器之類的次最佳多用戶檢波器，其需要互相關(guān)矩陣的反向計算或者具有相同大小的矩陣的反向計算。
其他組的多用戶檢波器基于干擾消除(IC)。該想法是為了去掉由期望的用戶以外的其它用戶產(chǎn)生的干擾。較低的計算要求和硬件相關(guān)結(jié)構(gòu)是這個策略的主要優(yōu)點。最有效的IC之一是并行干擾消除(PIC)，其來自于迭代多級方法，其由M.K.Varanasi和B.Aazhang首先建議，在＂Multistage Detection in Asynchronous Code DivisionMultiple Access Communications＂，中(IEEE通信會報，第33卷，NO.4:509-519 1990年4月)。
一個特定級的輸入是前一級的估計方案。在干擾消除之后，新的估計出現(xiàn)以便反饋到下一級，該新的估計應(yīng)該更接近于被發(fā)射的比特。幾乎所有現(xiàn)存的基于多級的算法都忽略了這樣一個事實，即，作為迭代過程，該解決方案變得越來越無變化，即，輸出矢量中越來越多的成分結(jié)果與輸入矢量中的成分是相同的。理想來說，在上一迭代級處，如果算法收斂的話，則輸出和輸入應(yīng)該完全相同。因此在前幾級，多級檢波器幾乎把相同的輸入進行計算而得到相同的結(jié)果。這是一個計算功率的極度浪費并且它還增加了系統(tǒng)延遲。
可以看出，需要一種將計算功率最大化的同時將系統(tǒng)延遲最小化的多級檢波器。
還可以看出，需要一種在碼分多址通信系統(tǒng)的反向鏈路中用于提供差值多級檢測的方法和裝置。
為了克服如上所述的現(xiàn)有技術(shù)的局限和克服在閱讀并理解本說明之后的那些即將變得顯而易見的其他限制，本發(fā)明批露了無線通信系統(tǒng)中的一種改進的多級檢波器。
通過提供一種將計算功率最大化的同時將系統(tǒng)延遲最小化的多級檢波器，本發(fā)明解決了如上所述的問題。該差值多級檢波器既實現(xiàn)了干擾消除中的高性能又實現(xiàn)了計算效率，它導(dǎo)致了超大規(guī)模集成電路(VLSI)的實現(xiàn)。當該差值多級檢波器的迭代算法收斂時，兩個連續(xù)級之間的結(jié)果矢量的差值大部分是零。
根據(jù)本發(fā)明原理的一種系統(tǒng)，包括差值多級檢波器，用于接收來自通信系統(tǒng)的小區(qū)中的多個用戶的信號，該差值多級檢波器減少由小區(qū)中的其他用戶引起的多個接入干擾對來自期望用戶的信號的影響，其中，該差值多級檢波器包括多級，每一級包括一個干擾消除器，用于消除由小區(qū)中的其他用戶引起的小區(qū)間干擾并產(chǎn)生一個估計輸出矢量，其中除第一級外，當前級的估計輸出矢量是基于當前級的干擾消除器的決定和前一級的干擾消除器的輸出兩者。
根據(jù)本發(fā)明原理的系統(tǒng)的其他實施例可以包括選擇性的或者任選的附加方面。本發(fā)明這樣的一個方面是通過使來自前一級的干擾消除器的輸出和當前級的干擾消除器的決定結(jié)合來產(chǎn)生當前級的估計輸出矢量。
本發(fā)明的另外一個方面是除第一級外，每一級干擾消除器通過計算接收信號與差值信號的互相關(guān)的結(jié)果來計算多用戶干擾的估計。
本發(fā)明的另外一個方面是差值信號包括0,+2，或者-2。
本發(fā)明的另外一個方面是當差值信號為0時將省略結(jié)果的計算，而當差值信號是+2時則通過在寄存器中存儲接收信號的互相關(guān)來執(zhí)行結(jié)果的計算并把比特向前移動一個位置而當差值為-2時向前移動一個位置并改變符號。
本發(fā)明的另外一個方面是干擾消除器是并行干擾消除器。
本發(fā)明的另外一個方面是通過握手協(xié)議處理各級間的控制。
本發(fā)明的另外一個方面是每一級的輸入是二進制補碼形式。
表示本發(fā)明特征的新穎性的這些和其他優(yōu)點和特征在附加的權(quán)利要求中詳細地提了出來并且形成本說明的一部分。然而，為了更好地理解本發(fā)明、它的優(yōu)點以及通過它的使用而獲得的目的，應(yīng)該進行附圖參考，這形成了本說明的另外一個部分并伴隨描述的事件，其中說明并描述了根據(jù)本發(fā)明的裝置的具體的實例。
現(xiàn)在參見附圖，其中同樣的參考數(shù)字表示在各處的相應(yīng)部分

圖1說明了高級通信網(wǎng)的一個可能的實施例；圖2說明了移動通信系統(tǒng)的詳細方框圖，其說明了根據(jù)本發(fā)明的實施例的基站的細節(jié)；圖3說明了根據(jù)本發(fā)明的一種直接序列擴頻發(fā)射機和直接序列擴頻接收機；圖4表示根據(jù)本發(fā)明的多用戶通信系統(tǒng)的模型系統(tǒng)；圖5說明了根據(jù)本發(fā)明的差值多級檢波器的頭兩級；圖6說明了根據(jù)本發(fā)明的差值多級檢波器的單個加法器實現(xiàn)；圖7說明了在五用戶和十用戶系統(tǒng)中BER與信噪比(SNR)和MAI的比較；以及圖8a說明了根據(jù)本發(fā)明在差值矢量中零的百分比的觀測。
圖8b說明了根據(jù)本發(fā)明利用多級檢波器節(jié)省的計算數(shù)目。
在下列典型實施例的敘述中，對形成本說明的附圖進行參考，且其中用說明具體實施例的方法表示，該具體實施例是可以實踐發(fā)明的具體實施例。應(yīng)該理解，可以利用可進行不偏離本發(fā)明范圍的結(jié)構(gòu)改變的其他實施例。
本發(fā)明提供一種用于無線CDMA通信系統(tǒng)的反向鏈路的差值多級檢波器。該差值多級檢波器既實現(xiàn)了干擾消除中的高性能又實現(xiàn)了計算效率，它導(dǎo)致了超大規(guī)模集成電路(VLSI)的實現(xiàn)。當該差值多級檢波器的迭代算法收斂時，兩個連續(xù)級之間的結(jié)果向量的差值大部分是零。
圖1說明了高級通信網(wǎng)100，例如，第三代GSM發(fā)展的一個可能的實施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將承認本發(fā)明不是意欲限制為在GSM移動通信系統(tǒng)中使用，而是也適用于其他移動通信系統(tǒng)。然而，在此將利用GSM作為例子描述本發(fā)明。
如圖1所示，一般無線接入網(wǎng)(GRAN)的第一次實現(xiàn)可基于RAN和SGM/UMTS核心網(wǎng)的結(jié)合，其已經(jīng)從GSM核心網(wǎng)通過匯集新的第三代容量發(fā)展起來。發(fā)展的GSM網(wǎng)絡(luò)元件被稱為3G MSC和3GSGSN。
移動單元110接收信號并向基站(BS)112發(fā)送信號。在無線接入網(wǎng)(RAN)116中，基站112順序耦合到無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)114上。與GSM/UMTS核心網(wǎng)的RAN接口通過lu接口(lu-interface)122，其符合GSM的A接口和GPRS的Gb接口?？梢钥吹?，無線接入130是獨立于核心網(wǎng)120的，目的是使GSM/UMTS核心網(wǎng)將具有支持任何無線接入方案的靈活性。通過GSM的MSC140路由電路交換業(yè)務(wù)，通過GSM/UMTS核心網(wǎng)的GPRS部分150路由分組交換業(yè)務(wù)。
圖2說明了移動通信系統(tǒng)200的詳細方框圖，其說明了根據(jù)本發(fā)明的實施例的基站的細節(jié)。系統(tǒng)200由連接到系統(tǒng)控制器201上的多個基站202以及移動終端203組成。移動通信系統(tǒng)200的服務(wù)區(qū)域被分成多個小區(qū)210-220。移動交換中心230連接到另外一個移動通信系統(tǒng)或者固定網(wǎng)232上并且調(diào)整對移動終端203的呼叫設(shè)置。移動終端203可以在由多個基站202形成的服務(wù)區(qū)域內(nèi)移動以便通過分配的信道與附近的基站202通信。
基站202包括收發(fā)信機240,242,244。收發(fā)信機240,242,244,它們表示至少一個接收機與一個發(fā)射機，分別提供對小區(qū)210,212,214的覆蓋，其中每個發(fā)射機/接收機對偶240,242,244包括一個信道單元。收發(fā)信機240,242,244也接收由相應(yīng)的小區(qū)中移動的移動終端203發(fā)送的呼叫信號并檢測該接收信號的上行鏈路載波功率。
圖3說明了根據(jù)本發(fā)明的直接序列擴頻發(fā)射機310和直接序列擴頻接收機350。在發(fā)射機310中，二進制數(shù)據(jù)312與碼產(chǎn)生器316產(chǎn)生的擴展碼相乘314。在寬帶調(diào)制器320中，把編碼信號317調(diào)制到由載波產(chǎn)生器318產(chǎn)生的載波上。然后發(fā)射擴頻信號322。
在接收機350處接收擴頻信號352。在碼同步/跟蹤的方框354處，接收的信號352用于使接收擴頻信號322與對接收的擴頻信號322解擴的代碼二者同步。碼產(chǎn)生器356產(chǎn)生用于解擴接收擴頻信號322的代碼。然后在數(shù)據(jù)解調(diào)器362處利用載波產(chǎn)生器360產(chǎn)生的載波解調(diào)解擴信號以便還原數(shù)據(jù)信號364。
假設(shè)調(diào)制器使用K用戶二元相移鍵控(BPSK)技術(shù)用于調(diào)制的DS-CDMA通信系統(tǒng)，則信道是具有加性高斯白噪聲(AWGN)的單一路徑信道。圖4表示根據(jù)本發(fā)明的多用戶通信系統(tǒng)的模型系統(tǒng)。
為了簡化本發(fā)明的說明，本發(fā)明的敘述將限制為同步方案?？墒?，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將承認通過簡單地把延遲信息加到每個用戶上就可以導(dǎo)出異步方案。
在圖4中，通過信道編碼器412對每個用戶信號410進行編碼。在擴頻方框414處擴展來自信道編碼器的信號。通過包括加性高斯白噪聲(AWGN)418的信道416發(fā)射這些信號415。在接收機420中，接收信號422與用戶擴展碼的拷貝相關(guān)。接收信號可以通過互相關(guān)表示如下r(i)=Σk=1KΣi=1Nϵkbk(i)sk(t-iT-τk)+η(t)---(1)]]>在此，K是用戶數(shù)目而N是多用戶檢測的數(shù)據(jù)塊大小。k個用戶的信號功率的估計 可以通過參數(shù)估計方框獲得。源數(shù)據(jù)比特通過bk(i)表示。這里，因為BPSK調(diào)制是假定的，所以bk(i)∈{-1,+1}。Sk是第k個用戶的特征序列(擴展碼)，在此，T是一個比特的持續(xù)時間。為了得到最佳性能，由偽隨機數(shù)(PN)序列或者金色碼產(chǎn)生Sk。由η(t)表示AWGN。
多用戶檢波器424的第一級總是一組匹配濾波器430，其是傳統(tǒng)的單個用戶的唯一元件，如同檢波器。匹配濾波器組430的每一分支由接收信號與一個特定用戶的特征序列的相關(guān)組成，它是yi=1T∫0Tr(t)si(t)dt---(2)]]>i=1,2,…,K (2)方程式(2)還可以以一個簡單的矩陣形式表示y=RAd+η(3)在此，矢量y432和d分別是匹配濾波器組430的輸出和發(fā)射的用戶比特。在每一矢量中有K個元件。在一個一般異步系統(tǒng)中，矩陣R的大小是K×K的互相關(guān)。在互相關(guān)矩陣中的成分可以表示為rij={Oi=j1T∫0TSi(t)Si(t)dti≠j---(4)]]>在根據(jù)本發(fā)明的多級檢波器424中，自相關(guān)不是一個系數(shù)。A是信號的幅度矩陣，它表示為diag{ϵ.,ϵ2,...,ϵK}.]]>根據(jù)本發(fā)明的差值多級檢波器424是基于求解線性方程(3)。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，差值多級檢波器500的頭三級502,504以及506如圖5所示。干擾消除利用前一估計來產(chǎn)生信號的新矢量。然后將所有的＂妨礙＂用戶求和并將其從前一信號Z(1)中減掉。最后，產(chǎn)生一個更好的估計 矢量。
在多級檢波器500的每一級，干擾消除510,560,570(IC),例如并行干擾消除器(PIC)，對于一個特定的用戶從接收信號中消除其他用戶的小區(qū)間干擾以便得到一個更好的估計信號。因為對于任意用戶來說準確的比特信息是未知的，所以可以使用各個級中的估計(硬判決)值。第Ⅰ個迭代540的輸出是z(1)=y-RAd^(l-1)=defy-I^(l-1)---(5)]]>d^(0)=sign(y)]]>d^(l-1)=sign(z(l-1))]]>術(shù)語 定義為由其他用戶提供的到期望的用戶的估計干擾。由于d^k(1)∈{-1,+1]]>和RA是預(yù)先計算出的，在方程式(5)中沒有相乘。在迭代之后，很可能觀測到d^(1)=d^(l-1).]]>這就是收斂的準確特性。因此取代處理每個估計比特矢量 和以前一樣，計算連續(xù)兩級中的比特的差值，即，每級的輸入550變成x^(1)=d^(1)-d^(l-1)(j=1,2,...,K).x^(1)]]>被稱作差值矢量550。通過方程式(5)表示連續(xù)的兩級相減。z(1)=z(l-1)=-RAx^(l-1)]]>(6)更新的估計比特矢量 ，可以通過下式計算出d^(1)=sign(z(1))---(7)]]>使用此差值技術(shù)，通過使用方程式(5)來進行計可節(jié)約許多計算量，因為矢量 中越來越多的成分變成零。 中所有的非零成分等于+2或者-2。方程式(6)中此類常數(shù)乘法可以通過算術(shù)移位來實現(xiàn)，這實際上將不會引入任何相乘運算。另外，因為連續(xù)的兩級的減法是一個線性變換，與傳統(tǒng)的多級檢測比較，在每級之后的比特差錯率(BER)560/570將不會改變。這保證最終的BER是與傳統(tǒng)的多級檢測方法完全一樣。
因此，根據(jù)本發(fā)明的用于執(zhí)行多級檢測的完整方法如下d^(1)=sign(y)]]>k=1到Kj=Kzk(1)=yk-Σj=1,j≠kRijAjd^j(0)]]>結(jié)果d^(1)=sign(z(1))]]>而I=1到Lx^(l)=d^(1)-d^(l-1)]]>而k=1到Kj=Kzk(l+1)=yk(1)-Σj=1,j≠kRijAjx^j(0)]]>結(jié)果d^(l=1)=sign(z(I+1))]]>結(jié)束在第一級510之后，差值多級檢波器在輸入中開始使用差值矢量(硬判決前饋)550/580。而且，當前一級的決定，例如，550，不僅基于當前PIC輸出562/572，而且還基于前一PIC級的輸出540(即，來自前一級的軟決定)。
圖6說明了根據(jù)本發(fā)明的差值多級檢波器的單個加法器設(shè)備600。如果不使用差值矢量產(chǎn)生和最后的偏移，則該設(shè)備還可以使用為傳統(tǒng)的多級檢波器。如圖6所示的本發(fā)明基于8用戶的金色擴展碼系統(tǒng)?？墒?，毫無疑問，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將承認本發(fā)明不意指限制為如圖6所示的特定設(shè)備，而是意指可以認為沒有偏離本發(fā)明范圍的其他類型的系統(tǒng)和其他數(shù)目的用戶。
對于每個用戶，軟決定輸入以比特的形式并行并且對于所有用戶來說其是時間雙工。因此，并串變換器(未表示)配置在匹配濾波器之后。這些輸入和輸出的定時由握手裝置602,604控制。一旦當前級準備好，則前一級就開始發(fā)射硬輸出610直到發(fā)送完所有的比特，其由握手信號604表示。輸入數(shù)目612是二的求反格式并且它們被儲存在數(shù)據(jù)寄存器組中。
同時，從數(shù)目的第一比特獲得硬判決614并且通過組合邏輯產(chǎn)生差值矢量616。優(yōu)先編碼器618將查找第一個到來的命令中的非零成分，最高的優(yōu)先級。根據(jù)優(yōu)先編碼器618引導(dǎo)的非零成分的位置來制定累加的定時630。如果一成分為非零，則累加器630將從所有的其他用戶的記錄中減掉它相應(yīng)的互相關(guān)數(shù)目(一旦如果當前級是第二級或者更后面的級則將其左移)。存放、移位、累加以及寫入被組建為一個簡單的流水線機器，由流水線控制器640控制。流水線控制器640將不停止，因為沒有數(shù)據(jù)以及控制相關(guān)性存在。最后，利用某些握手協(xié)議604逐一地產(chǎn)生軟660和硬662判斷到下一級。通過去掉差值矢量產(chǎn)生616和偏移方框650，此裝置工作為傳統(tǒng)的多級檢波器。
差值多級檢波器600的單個加法器設(shè)備的一個主要部分貢獻為寄存器和算術(shù)邏輯部件(ALU)。對于一個八用戶12比特固定點系統(tǒng)，晶體管的估計數(shù)目是5K。如果在該系統(tǒng)中的實現(xiàn)多于一個的ALU則需要更多的晶體管。
以硬件仿真為基礎(chǔ)，利用差值算法的三級系統(tǒng)的延遲低于100次周期。工作在20MHz的時鐘頻率處，系統(tǒng)延遲大約是5Ts，其大大低于傳統(tǒng)的多級檢波器的12Ts左右的系統(tǒng)延遲。另外，系統(tǒng)吞吐量由第一級決定，因為它是系統(tǒng)中最慢的字塊。根據(jù)本發(fā)明的多級檢波器可以達到一個具有適當緩沖的高達200kb/s的吞吐量。這個速率符合寬帶CDMA通信的144kb/s的要求。
差值多級檢波器具有與傳統(tǒng)的多級檢波器完全相同的比特誤差率。這是因為迭代法的框架和收斂速度都沒有改變。圖7表示在五用戶720和十用戶770系統(tǒng)中的BER 710,750與信噪比(SNR)和MAI 714,754的比較。圖7表示當MAI 714增加或者用戶數(shù)目增加(720到770)時匹配濾波器性能顯著降低730,780。另一方面，差值多級檢波器隨著不同的MAI不斷地執(zhí)行。因此可以將它認為是遠近抵抗的多級檢波器。而且，它的性能接近單一用戶通信系統(tǒng)的BER邊界，其由Pe=Q(2Eb/N0]]>給出。
圖8a說明了根據(jù)本發(fā)明在差值矢量中零812的百分比的觀測810。在圖8a中，零的百分比隨著從820到830的迭代進程而遞增。在第四級之后，在15個用戶的通信系統(tǒng)中零的數(shù)目達到98％的點。它明確指出，如果使用傳統(tǒng)的多級檢波器的話，則會浪費大概98％的資源。
圖8(b)給出了在一個實際的系統(tǒng)中我們將節(jié)省多少計算量的一個清楚的視圖860。虛線870表示在傳統(tǒng)的多級檢波器中的每一級之后所需要的運算量的累積數(shù)目。正如前面解釋的，對于每一級，計算數(shù)目保持常數(shù)，其使每秒總的漂移運算(猛落flops)線性上升。相反，線880說明差值多級檢波器中的計算數(shù)目隨著迭代的進行而減小。因此，在一個五級系統(tǒng)中總節(jié)省可高達75％。并且系統(tǒng)中的級數(shù)越多，則與傳統(tǒng)的多級檢波器比較就具有比傳統(tǒng)的多級檢波器的速度更大的速度。
總的來說，在CDMA通信中，與傳統(tǒng)的單個用戶檢波器相比，多級多用戶檢波器表示出性能上的極大改善。然而，可以通過利用迭代算法的收斂來更大程度地減少多級檢波器中的計算數(shù)目。根據(jù)本發(fā)明的新的差值多級檢波器來計算連續(xù)兩級之間的差值并在差值變成零時節(jié)省該計算。與基礎(chǔ)的多級檢波器對比，此技術(shù)顯示出極大的節(jié)省。這個策略的硬件實現(xiàn)表明比特差錯率與多級檢波器相同，但是對于五級檢波器的延遲周期將節(jié)省達75％，其符合寬帶CDMA通信的要求。
為了說明和描述的目的，前面已經(jīng)描述了本發(fā)明的典型實施例。它不表示是詳盡的或者把本發(fā)明限制到該批露的精確形式。按照上面的教導(dǎo)，進行許多修改和變化是可能的。本發(fā)明范圍不限制為此詳細的敘述，而是由在此附加的權(quán)利要求來限制。
權(quán)利要求
1．一種差值多級檢波器，用于接收來自通信系統(tǒng)的小區(qū)中的多個用戶的信號，該差值多級檢波器減少由小區(qū)中的其他用戶引起的多個接入干擾對來自期望用戶的信號的影響，該差值多級檢波器包括第一級，包括用于接收來自多個用戶的信號的第一級干擾消除器，第一級干擾消除器消除由小區(qū)中的其他用戶引起的小區(qū)間干擾并且為小區(qū)中的每個用戶產(chǎn)生第一級估計硬判決；隨后的N級，其中，隨后的N級的每一個在輸入處包括一個減法器，用于從在前一級中產(chǎn)生的每個用戶的估計硬判決中減掉前一級的接收硬判決以便為每個用戶產(chǎn)生一個差值信號，差值信號被提供到第N級干擾消除器，通過處理每個用戶的差值信號用于消除由小區(qū)中的其他用戶引起的小區(qū)間干擾以便為小區(qū)中的每個用戶產(chǎn)生第N個估計硬判決；其中，干擾消除器通過使干擾消除器的輸入與用戶互相關(guān)值和信道系數(shù)值相乘來為每個用戶產(chǎn)生一估計硬判決，并且其中，差值信號去掉了由第N級干擾消除器執(zhí)行的乘法運算。
2．如權(quán)利要求1所述的差值多級檢波器，其中，由握手協(xié)議來處理各級間的控制。
3．如權(quán)利要求1所述的差值多級檢波器，其中，每個級的輸入是二進制補碼形式。
4．如權(quán)利要求1所述的差值多級檢波器，其中，每個第N個后來的干擾消除器通過計算接收信號和差值信號的互相關(guān)結(jié)果來計算多用戶干擾估計。
5．如權(quán)利要求4所述的差值多級檢波器，其中，差值信號包括0,+2或者-2。
6．如權(quán)利要求5所述的差值多級檢波器，其中，當差值信號為0時將省略結(jié)果的計算，而當差值信號是+2時則通過在寄存器中存儲接收信號的互相關(guān)來執(zhí)行結(jié)果的計算并且把比特向前移動一個位置，而當差值為-2時向前移動一個位置并改變一個符號。
7．如權(quán)利要求1所述的差值多級檢波器，其中，干擾消除器是并行干擾消除器。
8．一種差值多級檢波器，用于接收來自通信系統(tǒng)的小區(qū)中的多個用戶的信號，該差值多級檢波器減少由小區(qū)中的其他用戶引起的多個接入干擾對來自期望用戶的信號的影響，其中，該差值多級檢波器包括多級，每一級包括一個干擾消除器，用于消除由小區(qū)中的其他用戶引起的小區(qū)間干擾并產(chǎn)生一個估計輸出矢量，其中除第一級外，當前級的估計輸出矢量是基于當前級的干擾消除器的決定和前一級的干擾消除器的輸出兩者。
9．如權(quán)利要求8所述的差值多級檢波器，其中，通過把前一級的干擾消除器中的輸出和當前級的干擾消除器的決定結(jié)合來產(chǎn)生當前級的估計輸出矢量。
10．如權(quán)利要求8所述的差值多級檢波器，其中，除第一級外，每個干擾消除器通過計算接收信號和差值信號的互相關(guān)結(jié)果來計算多用戶干擾的估計。
11．如權(quán)利要求10所述的差值多級檢波器，其中，差值信號包括0,+2或者-2。
12．如權(quán)利要求11所述的差值多級檢波器，其中，當差值信號為0時將省略結(jié)果的計算，而當差值信號是+2時則通過在寄存器中存儲接收信號的互相關(guān)來執(zhí)行結(jié)果的計算并且把比特向前移動一個位置，而當差值為-2時向前移動一個位置并改變一個符號。
13．如權(quán)利要求8所述的差值多級檢波器，其中，干擾消除器是并行干擾消除器。
14．如權(quán)利要求8所述的差值多級檢波器，其中，由握手協(xié)議來處理各級間的控制。
15．如權(quán)利要求8所述的差值多級檢波器，其中，每個級的輸入是二進制補碼形式。
16．一種基站，包括至少一個天線，用于提供一個到移動臺的無線電接口；和至少一個收發(fā)信機，耦合到該至少一個天線上，用于處理移動站的信號，該收發(fā)信機進一步包括發(fā)射機和接收機，其中接收機進一步包括一個差值多級檢波器，用于接收來自通信系統(tǒng)的小區(qū)中的多個用戶的信號，該差值多級檢波器減少由小區(qū)中的其他用戶引起的多個接入干擾對來自期望用戶的信號的影響，其中，該差值多級檢波器包括多級，每一級包括一個干擾消除器，用于消除由小區(qū)中的其他用戶引起的小區(qū)間干擾并產(chǎn)生一個估計輸出矢量，其中除第一級外，當前級的估計輸出矢量是基于當前級的干擾消除器的決定和前一級的干擾消除器的輸出兩者。
17．如權(quán)利要求16所述的基站，其中，通過把前一級的干擾消除器中的輸出和當前級的干擾消除器的決定結(jié)合來產(chǎn)生當前級的估計輸出矢量。
18．如權(quán)利要求16所述的基站，其中，除第一級外，每個干擾消除器通過計算接收信號和差值信號的互相關(guān)結(jié)果來計算多用戶干擾的估計。
19．如權(quán)利要求18所述的基站，其中，差值信號包括0,+2或者-2。
20．如權(quán)利要求19所述的基站，其中，當差值信號為0時將省略結(jié)果的計算，而當差值信號是+2時則通過在寄存器中存儲接收信號的互相關(guān)來執(zhí)行結(jié)果的計算并且把比特向前移動一個位置，而當差值為-2時向前移動一個位置并改變一個符號。-2.
21．如權(quán)利要求16所述的基站，其中，干擾消除器是并行干擾消除器。
22．如權(quán)利要求16所述的基站，其中，由握手協(xié)議來處理各級間的控制。
23．如權(quán)利要求16所述的基站，其中，每個級的輸入是二進制補碼形式。
24．一種在碼分多址通信系統(tǒng)的反向鏈路中用于提供差值多級檢測的方法，該方法包括接收來自碼分多址通信系統(tǒng)的小區(qū)中的多個用戶的信號；通過多級來處理接收信號，每一級包括一個干擾消除器，用于消除由小區(qū)中的其他用戶引起的小區(qū)間干擾；和對于每一級產(chǎn)生一估計輸出矢量，其中，除第一級外，當前級的估計輸出矢量是基于當前級的干擾消除器的決定和前一級的干擾消除器的輸出兩者。
25．如權(quán)利要求24所述的方法，其中，產(chǎn)生當前級的估計輸出矢量包括把前一級的干擾消除器中的輸出和當前級的干擾消除器的決定結(jié)合。
26．如權(quán)利要求24所述的方法，其中，產(chǎn)生估計矢量進一步包括除了第一級之外，通過計算接收信號和差值信號的互相關(guān)結(jié)果來計算對于每個干擾消除器的多用戶干擾的估計。
27．如權(quán)利要求26所述的方法，其中，差值信號包括0,+2或者-2。
28．如權(quán)利要求27所述的方法，其中，結(jié)果的計算包括當差值信號為0時將省略該計算，并且結(jié)果的計算包括當差值信號包括+2時則通過在寄存器中存儲接收信號的互相關(guān)來執(zhí)行結(jié)果的計算并且把比特向前移動一個位置，而當差值為-2時向前移動一個位置并改變一個符號。
29．如權(quán)利要求24所述的方法，其中，干擾消除器是并行干擾消除器。
30．如權(quán)利要求24所述的方法進一步包括使用握手協(xié)議來控制數(shù)據(jù)傳輸。
31．如權(quán)利要求24所述的方法，其中，每個級的輸入是二進制補碼形式。
全文摘要
一種將計算功率最大化的同時將系統(tǒng)延遲最小化的多級檢波器被披露。該差值多級檢波器接收來自通信系統(tǒng)的小區(qū)中的多個用戶的信號并且減小由小區(qū)中的其他用戶的干擾引起的多個接入干擾對來自期望用戶的信號的影響。該差值多級檢波器包括多級,每一級包括一個干擾消除器,用于消除由小區(qū)中的其他用戶引起的小區(qū)間干擾并產(chǎn)生一個估計輸出矢量,其中除第一級外,當前級的估計輸出矢量是基于當前級的干擾消除器的決定和前一級的干擾消除器的輸出兩者。通過把前一級的干擾消除器中的輸出和當前級的干擾消除器的決定結(jié)合來產(chǎn)生當前級的估計輸出矢量。除第一級外,每個干擾消除器通過計算接收信號和差值信號的互相關(guān)結(jié)果來計算多用戶干擾的估計從而減少所需的乘法運算的數(shù)目。
文檔編號H04J13/04GK1310888SQ00800965
公開日2001年8月29日 申請日期2000年5月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月24日
發(fā)明者貝南·奧張, 約瑟夫·R·卡瓦羅, 許鋼 申請人:諾基亞網(wǎng)絡(luò)有限公司