專利名稱：用于cdma下行鏈路的基于傅利葉變換的線性均衡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)CDMA電話系統(tǒng)中的接收方法，其中通過避免矩陣求逆的線性均衡算法把接收信號(hào)與其它干擾信號(hào)分離開。
背景技術(shù)：
在設(shè)計(jì)和實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的一個(gè)中心問題是從幾個(gè)同時(shí)的用戶同時(shí)發(fā)送和接收信號(hào)以使得信號(hào)盡可能小地互相干擾。因?yàn)檫@一點(diǎn)和所使用的傳輸容量，已使用各種各樣的傳輸協(xié)議和多址接入方法，最常用的(特別是在移動(dòng)電話業(yè)務(wù)中)是FDMA(頻分多址)和TDMA(時(shí)分多址)，以及最近是CDMA(碼分多址)。
CDMA是基于擴(kuò)頻技術(shù)的多址接入方法，除了以前使用的FDMA和TDMA以外，它最近已在蜂窩無線電系統(tǒng)中投入使用。CDMA具有優(yōu)于以前的方法的許多優(yōu)點(diǎn)，諸如頻率規(guī)劃的簡(jiǎn)單性和頻譜效率。
在CDMA方法中，用戶的窄帶數(shù)據(jù)信號(hào)通過具有比該數(shù)據(jù)信號(hào)寬得多的頻帶的擴(kuò)頻碼而被乘到相當(dāng)寬的頻帶。在已知的測(cè)試系統(tǒng)中使用的帶寬例如包括1.25MHz，10MHz，和25MHz。該乘法把數(shù)據(jù)信號(hào)擴(kuò)展到要被使用的整個(gè)頻帶。所有的用戶在同一個(gè)頻帶上同時(shí)發(fā)送。在基站與移動(dòng)站之間的每個(gè)連接上使用不同的擴(kuò)頻碼，以及在接收機(jī)中根據(jù)用戶的擴(kuò)頻碼可以互相區(qū)分用戶的信號(hào)。如果可能的話，會(huì)這樣地選擇擴(kuò)頻碼以使得它們是互相正交的，即，它們互相不相關(guān)。
以傳統(tǒng)方式實(shí)施的CDMA接收機(jī)中的相關(guān)器與想要的信號(hào)同步，相關(guān)器根據(jù)擴(kuò)頻碼識(shí)別該想要的信號(hào)。在接收機(jī)中，通過把數(shù)據(jù)信號(hào)乘以與在發(fā)送步驟中相同的擴(kuò)頻碼而把數(shù)據(jù)信號(hào)恢復(fù)到原始頻帶。理想地，已被乘以某個(gè)其它擴(kuò)頻碼的信號(hào)是不相關(guān)的，以及不被恢復(fù)到窄頻帶。從想要的信號(hào)來看，它們因此表現(xiàn)為噪聲。目的是從多個(gè)干擾信號(hào)中間檢測(cè)想要的用戶的信號(hào)。實(shí)踐中，擴(kuò)頻碼確實(shí)相關(guān)到某種程度，以及其它用戶的信號(hào)通過使接收信號(hào)失真而使得很難檢測(cè)想要的信號(hào)。這種由用戶造成的對(duì)于另一用戶的干擾被稱為多址接入干擾。
當(dāng)一個(gè)或幾個(gè)用戶以比其它用戶大得多的信號(hào)強(qiáng)度發(fā)送時(shí)，該情形尤其有問題。采用更大的信號(hào)強(qiáng)度的這些用戶大大地干擾其它用戶的連接。這樣的情形被稱為遠(yuǎn)近問題，以及它可能例如當(dāng)一個(gè)或幾個(gè)用戶位于基站附近而某些用戶遠(yuǎn)離基站時(shí)在蜂窩無線電系統(tǒng)中發(fā)生，這時(shí)處于更近位置的用戶在基站接收機(jī)中掩蔽其它用戶的信號(hào)，除非系統(tǒng)的功率控制算法非?？焖俸陀行А?br> 信號(hào)的可靠接收在異步系統(tǒng)中--即，其中用戶的信號(hào)互相不同步的系統(tǒng)中--特別成問題，因?yàn)橛脩舻拇a元被其它用戶的幾個(gè)碼元擾亂。在傳統(tǒng)的接收機(jī)中，與擴(kuò)頻碼匹配的濾波器以及滑動(dòng)相關(guān)器都被用作為檢波器，然而，它們?cè)谶h(yuǎn)近情形中不能很好地起作用。在已知的方法中，最好的結(jié)果是由去相關(guān)檢波器提供的，去相關(guān)檢波器通過使接收信號(hào)乘以所使用的擴(kuò)頻碼的互相關(guān)矩陣而從接收信號(hào)中去除多址接入干擾。去相關(guān)檢波器在Lupas，Verdu的“Linear multiuser detectors forsynchronous code-division multiple access channels(用于同步碼分多址信道的線性多用戶檢波器)”，IEEE Transactions onInformation Theory，Vol.35，No.1，第123-136頁，1989年1月；和Lupas，Verdu的“Near-far resistance of multiuser detectors inasynchronous channels(在異步信道中多用戶檢波器的遠(yuǎn)近抵抗性)”，IEEE Transactions on Communications，Vol.38，1990年4月中被更詳細(xì)地描述。然而，這些方法也牽涉到許多運(yùn)算，諸如矩陣求逆運(yùn)算，它們需要高的計(jì)算能力以及當(dāng)傳輸信道的質(zhì)量和用戶的數(shù)目不斷地變化時(shí)，正如舉例而言，在蜂窩無線電系統(tǒng)中那樣，特別要求運(yùn)算。
信道均衡是改進(jìn)頻率選擇性CDMA下行鏈路中的下行鏈路接收機(jī)性能的一種有前景的手段。當(dāng)前的研究包括兩種類型的線性均衡，即，非自適應(yīng)線性均衡和自適應(yīng)線性均衡。非自適應(yīng)線性均衡器通常假設(shè)信道的“按塊的(piece-wise)”平穩(wěn)性，以及按照諸如LMMSE(最低的最小均方誤差)或迫零的某一最佳化準(zhǔn)則來設(shè)計(jì)均衡器，該準(zhǔn)則通常導(dǎo)致通過矩陣求逆而求解線性方程的系統(tǒng)。這可以是在計(jì)算上昂貴的，特別是當(dāng)信道的相干時(shí)間短且均衡器必須頻繁更新時(shí)。另一方面，自適應(yīng)算法藉助于隨機(jī)梯度算法來解決類似的LMMSE或迫零最佳化問題以及避免直接的矩陣求逆。雖然自適應(yīng)算法在計(jì)算上是更易管理的，但自適應(yīng)算法不太魯棒，因?yàn)樗鼈兊氖諗啃誀詈托阅苋Q于諸如步長(zhǎng)那樣的參數(shù)的選擇。
在技術(shù)上仍舊需要一種魯棒的、且不消耗大量計(jì)算功率的均衡程序過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種避免計(jì)算強(qiáng)度高的矩陣求逆的、用于下行鏈路CDMA信號(hào)的均衡方法。
本發(fā)明的特征是只使用FFT和IFFT作為在濾波器系數(shù)生成處理過程中的步驟的線性濾波處理過程。
本發(fā)明的特征是用通過DFT運(yùn)算被對(duì)角線化的循環(huán)矩陣作為相關(guān)矩陣的近似。


圖1顯示使用本發(fā)明的接收機(jī)的框圖。
圖2顯示使用頻域解譯的均衡處理過程的圖。
圖3顯示對(duì)于替換的處理過程的錯(cuò)誤度量的數(shù)值模擬的結(jié)果。
圖4顯示本發(fā)明的處理過程與精確解之間的錯(cuò)誤率的比較。
圖5顯示對(duì)于不同實(shí)施例的圖4的比較結(jié)果。
圖6顯示包括多信道分集的效果。
圖7顯示對(duì)于替換實(shí)施例的錯(cuò)誤率。
圖8顯示在本發(fā)明的分析中使用的各種等式。
具體實(shí)施例方式
在具有J個(gè)工作用戶的CDMA下行鏈路的情形下，每個(gè)用戶被指配以多個(gè)代碼Kj；有j＝1...J。令K是工作的擴(kuò)頻碼的總數(shù)(在J上求和)。應(yīng)當(dāng)指出，在我們的討論中，我們使用擴(kuò)頻碼索引，而不使用用戶索引，以便簡(jiǎn)化符號(hào)表示。在發(fā)射機(jī)中，碼片級(jí)信號(hào)表示由圖8的等式(1)給出，其中i，m和k是碼片、碼元和擴(kuò)頻碼索引?；緮_碼由c(i)表示。同時(shí)，ak代表被指配給擴(kuò)頻碼k的功率，bk是對(duì)于擴(kuò)頻碼k的信息碼元序列，以及sk(i)是擴(kuò)頻碼k。
令h＝[h0；:::hL]是擴(kuò)頻碼k的復(fù)合碼片級(jí)信道脈沖矢量。應(yīng)當(dāng)指出，h包括來自發(fā)送脈沖整形器、無線傳播信道和接收濾波器的貢獻(xiàn)，這樣，它將隨環(huán)境改變而改變。還應(yīng)當(dāng)指出，由于我們?cè)谖覀兊恼麄€(gè)討論中只考慮擴(kuò)頻碼k，所以為了簡(jiǎn)明起見，我們使用h而不用hk。接收信號(hào)的矩陣矢量表示在圖8的等式2中給出。為了便于討論線性均衡，我們把F+1個(gè)碼片堆疊在接收的矢量r中，這樣，r(i)＝[r(i+F)；::r(i)；::r(i-F)]T＝H(i)d(i)+n(i)，其中d(i)＝E[d(i)dH(i)]是發(fā)送的碼片功率，以及h(i)是H(i)中的第(F+1)列。這種形式的解是不希望的，因?yàn)樗Q于碼片索引i且它是時(shí)變的。然而，如果以下兩個(gè)假設(shè)成立的話，則對(duì)于i的依賴性可以被去除a)信道矢量h(i)在大的碼片塊上是平穩(wěn)的。這個(gè)條件通過選擇塊尺寸以使得塊的時(shí)間跨度是信道相干時(shí)間的一小部分來滿足。有了這個(gè)條件，則對(duì)于i的依賴性從h(i)和H(i)中被去除。
b)碼片級(jí)發(fā)送信號(hào)d(i)是白色的以及是廣義平穩(wěn)的。可以證明，如果系統(tǒng)被完全加載，即，當(dāng)K＝G時(shí)，且每個(gè)擴(kuò)頻碼被指配以相等的功率時(shí)，這個(gè)條件是嚴(yán)格滿足的。其它情況下，這個(gè)條件相當(dāng)好地成立，除非對(duì)于被非常輕地加載的系統(tǒng)，即，當(dāng)K＜＜G時(shí)。以下的解因此是反直覺的，因?yàn)榕c條件在傳統(tǒng)意義上是“更好”時(shí)相比，它在小的信號(hào)噪聲比時(shí)更好；即，信號(hào)從背景中干凈地突出出來。
去除在時(shí)間上的依賴性，濾波器矢量w的解變?yōu)閳D8的等式4，其中σ是一個(gè)代表發(fā)射功率的常數(shù)，以及R是來自等式3的相關(guān)矩陣。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到，在均衡后的估值數(shù)據(jù)由d(i)＝wHr(i)表示，其中r是等式2中的接收信號(hào)以及w是相對(duì)較慢地變化的。已經(jīng)觀察到，如等式5所示，R在形式上是帶狀的托伯利茲(Toeplitz)，各個(gè)元素由等式6給出，其取決于信道脈沖矢量h和某些常數(shù)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)知道，對(duì)以前問題的w的解析解(用其它觀察的參數(shù)表示w)需要對(duì)相關(guān)矩陣R求逆。求逆計(jì)算需要計(jì)算資源和時(shí)間。在移動(dòng)電話手機(jī)上提供需要的計(jì)算資源是困難的，正如用有限的硬件資源足夠快速地執(zhí)行計(jì)算以提供滿意的解一樣。因此，本發(fā)明很適合于在CDMA蜂窩系統(tǒng)中的移動(dòng)手機(jī)的接收機(jī)中使用。
矩陣求逆的復(fù)雜性是LF3的量級(jí)，其中LF＝2F+1是濾波器長(zhǎng)度。而且，矩陣求逆運(yùn)算在固定點(diǎn)實(shí)施方案的時(shí)常發(fā)生的情形下可能是數(shù)值上不穩(wěn)定的和不精確的。
本發(fā)明的有利的特征是通過用傅利葉變換代替矩陣求逆的處理過程而避免矩陣求逆。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，相關(guān)矩陣的求逆由兩次FFT(快速傅利葉變換)和一次反FFT代替。
如果LF＞2L，我們可以通過按照等式7加上矩陣C而把R變換成循環(huán)矩陣，其中C是在等式8中規(guī)定的上三角“角”矩陣。這個(gè)改變的目的是利用每個(gè)循環(huán)矩陣可以通過DFT(離散傅利葉變換)矩陣被對(duì)角線化的屬性，即，S＝DH(Λ)D，其中D是在等式9中定義的，以及Λ是通過在S的第一列進(jìn)行DFT而得到的對(duì)角矩陣。
按照等式10定義V，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到，求逆LF×LF矩陣R的問題已被歸結(jié)為求逆2L×2L矩陣J2L-VS-1VH，其中J2L是2L×2L“交換”矩陣(在反對(duì)角線上為1)。
而且，如果濾波器長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于信道相關(guān)長(zhǎng)度，即LF＞＞2L，則把兩個(gè)角加到相關(guān)矩陣R并不很大地改變矩陣的本征結(jié)構(gòu)。因此，R的逆近似等于S的逆。所以，直接的矩陣求逆是不必要的，因?yàn)镾的逆可以通過某些FFT和IFFT運(yùn)算得到。
回到分離出想要的信號(hào)的問題，解變?yōu)閣＝S-1h＝DH(Λ)-1Dh，其中D和DH運(yùn)算分別表示DFT和IDFT運(yùn)算。作為再一次簡(jiǎn)化，DFT運(yùn)算可以由在計(jì)算上更簡(jiǎn)單的FFT運(yùn)算代替。
信號(hào)識(shí)別處理過程然后變?yōu)?)從接收信號(hào)估值相關(guān)矩陣R；2)通過加上兩個(gè)角矩陣，把R變換成循環(huán)矩陣S；3)取FFT(s)，其中s是S的第一列以及生成Λ；4)計(jì)算Dh＝FFT(h)和(Λ)-1Dh，和5)變換回時(shí)域，其中w＝DH(Λ)-1Dh＝IFFT((Λ)-1Dh)；6)把結(jié)果w應(yīng)用到接收的矢量r，以計(jì)算估值的碼片d。
量(Λ)-1Dh的元素也將被稱為頻域?yàn)V波器抽頭。估值的碼片d然后被以傳統(tǒng)的方式處理，以生成模擬的話音信號(hào)(或數(shù)據(jù))。
由于濾波器對(duì)于N個(gè)碼片的塊是未改變的，所以每碼片的計(jì)算負(fù)荷通過N來歸一化。N可以是，說明性地，1024。總的每碼片的復(fù)雜性然后變?yōu)?LF+(3LF/2N)log2LF)的量級(jí)，與用于直接矩陣求逆方法的復(fù)雜性的(LF+(1/N)LF3)量級(jí)相比，它是有利的。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，圖上顯示按照本發(fā)明的接收機(jī)的框圖，該接收機(jī)說明性地是蜂窩CDMA系統(tǒng)中的移動(dòng)手機(jī)，其中天線105接收進(jìn)入的信號(hào)，把它們傳到信道估值器110，該信道估值器生成在計(jì)算中使用的參數(shù)的初始估值，以及也把它們傳到均衡器120，均衡器代表執(zhí)行下面討論的各種計(jì)算的電路。在這個(gè)算法中，估計(jì)相關(guān)矩陣元素的處理過程是按照任何方便的常規(guī)方法執(zhí)行的，諸如在Louis Schaf的“Statistical SignalProcessing(統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理)”，Addison Wesley的書中描述的。計(jì)算可以在包括數(shù)字信號(hào)處理器芯片的專用裝置和/或在諸如微處理器的通用裝置中實(shí)行。用于實(shí)行處理過程的指令可被存儲(chǔ)在任何方便的媒體中，例如，由機(jī)器可讀的只讀存儲(chǔ)器芯片。
均衡器的功能是部分地或很大程度地恢復(fù)代表各種“信道”--每個(gè)用戶一個(gè)信道--的分開的擴(kuò)頻碼的正交性。
在均衡器后，一個(gè)如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的、諸如在John Proakis的“Digital Communication(數(shù)字通信)”，McGraw Hill的書中顯示的常規(guī)碼相關(guān)器分離出與載送感興趣的數(shù)據(jù)的特定代碼相關(guān)聯(lián)的功率。一個(gè)常規(guī)的解交織器選擇感興趣的特定數(shù)據(jù)。標(biāo)記為音頻的方塊150示意地代表一個(gè)常規(guī)的電路，用于把處理到這一點(diǎn)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬音頻(或在數(shù)據(jù)的情形下，把數(shù)據(jù)傳到下一個(gè)步驟)。為了在表示權(quán)利要求時(shí)方便起見，從解交織器140離開的信號(hào)將稱為輸出信號(hào)，以及由方塊150代表的處理過程(對(duì)數(shù)據(jù)塊求和、執(zhí)行數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換、平滑，放大等等)將稱為處理輸出信號(hào)。
圖2顯示對(duì)均衡問題的一個(gè)方案，它在概念上是清晰的，雖然它沒有提供優(yōu)選實(shí)施例的計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)。方塊210代表施加到每個(gè)碼片的、從時(shí)域到頻域的傅利葉變換。方塊220代表類似于上面討論的線性均衡處理過程的均衡計(jì)算，用來計(jì)算Λ的逆。方塊230然后代表變換回時(shí)域的反傅利葉變換。由于這個(gè)方案需要對(duì)每個(gè)碼片進(jìn)行DFT，所以復(fù)雜性是(LF+(1/2)LFlog2LF+(LF/N)log2LF)的量級(jí)，這大于其它方案的復(fù)雜性，雖然與直接求逆相比仍舊是良好的。
數(shù)值計(jì)算技術(shù)已發(fā)現(xiàn)有兩種計(jì)算技術(shù)來改進(jìn)所使用的近似的精確度和結(jié)果的穩(wěn)定度。通過加上被乘以一個(gè)小的常數(shù)的單位矩陣而把人工噪聲基底加到矩陣S上，防止了在FFT中矩陣的本征值被用作為除數(shù)時(shí)被除以一個(gè)小的數(shù)量。這等價(jià)于假設(shè)噪聲比它實(shí)際的情形更糟。
另外，由于脈沖矢量h的長(zhǎng)度是由信道分布圖固定的常數(shù)，我們可以通過增加濾波器長(zhǎng)度LF而提高近似的精確度。這具有減小在計(jì)算本征值時(shí)由于加入角矩陣CL而引入的不準(zhǔn)確度的效果。由于增加濾波器長(zhǎng)度意味著更高的濾波器復(fù)雜性，所以通過在頻域中執(zhí)行計(jì)算時(shí)使用雙倍長(zhǎng)度(2LF)矢量而提供更好的折衷。在接收的矢量中的初始碼片組被擴(kuò)展為長(zhǎng)度2LF。這個(gè)擴(kuò)展的矢量被變換到傅利葉域，以及被用于計(jì)算。在反傅利葉變換后，在兩側(cè)的額外的LF/2抽頭被截去，以及只使用在中心的LF個(gè)抽頭。
圖3顯示在寬帶CDMA中、在大量模擬塊上取平均的以下兩項(xiàng)的數(shù)值模擬的比較，即，在直接矩陣求逆的解w和長(zhǎng)度LF的濾波器之間的平方差值J1＝(Winv-WF)2，和對(duì)于在頻域使用的擴(kuò)展濾波器的相應(yīng)的平方差值J2＝(Winv-W2F)2，其中Winv是直接矩陣求逆的w的解，WF是來自以上對(duì)于長(zhǎng)度LF的濾波器的相應(yīng)的解以及W2F是在傅利葉域中對(duì)于長(zhǎng)度2F的濾波器的相應(yīng)的解。正如可看到的，擴(kuò)展的技術(shù)產(chǎn)生低得多的錯(cuò)誤率。在更高信號(hào)噪聲比下錯(cuò)誤率增加是使用傅利葉技術(shù)的結(jié)果。
圖4和5顯示在使用以下參數(shù)時(shí)對(duì)于單個(gè)數(shù)據(jù)信道的模擬結(jié)果

表1其中HS-DSCH功率是分配給高速下行鏈路共享控制信道的功率，也就是分配給基站的總的可用功率的百分?jǐn)?shù)；SCH功率是分配給同步信道的功率，該同步信道包括主同步信道(P-SCH)和輔同步信道(S-SCH)。SCH功率在P-SCH與S-SCH之間被相等地劃分；以及CPICH是公共導(dǎo)引信道。
以下三種情形被用作為模型

表2
多信道分集多信道分集接收是改進(jìn)接收機(jī)性能的一項(xiàng)重要措施。分集接收的好處在于兩方面第一，由于所有的分集支路都經(jīng)歷深度衰落的機(jī)會(huì)較小，所以停歇的概率被減??；第二，添加的分集支路提供附加的信號(hào)維數(shù)，它可被使用來增強(qiáng)SNR、抑制ISI和MAI等等。
多信道附加接收本身以許多形式表示。在它們中間，過采樣、多接收天線、和天線極化是最通常使用的。
這些方法的性能取決于在不同的分集支路之間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性。通常，在不同的分集支路之間的相關(guān)性越小，總的接收機(jī)性能越好。
在這一節(jié)中，我們把我們的基于FFT的線性均衡方法擴(kuò)展到具有分集接收的系統(tǒng)。以下的處理沒有區(qū)分不同的分集方法，因?yàn)樗鼈兌脊蚕硐嗤臄?shù)學(xué)形式。為此，令M表示分集支路的總數(shù)(典型地是2或4)，以及我們通過用小的矢量hi代替以前討論的標(biāo)量hi而擴(kuò)展等式2的接收信號(hào)模型。
相關(guān)矩陣再次是帶狀的塊托伯利茲(Toeplitz)，所改變的是元素現(xiàn)在是小的矩陣，如等式11和12所示。對(duì)信號(hào)矢量w求解矩陣方程的問題變得更復(fù)雜，因?yàn)橄嚓P(guān)矩陣R現(xiàn)在是MLF×MLF，以及相應(yīng)地更難直接求逆。
前節(jié)的程序過程后接的是用塊循環(huán)矩陣S來近似塊Toeplitz矩陣R。為了對(duì)S求逆，我們引入按照等式13的循環(huán)移位矩陣P，其中I是單位矩陣。然后S可被表示為等式14，其中符號(hào)表示克羅奈克(Kronecker)乘積以及E0...ELF-1形成矩陣S中的第一“塊”列。類似于以前的討論繼續(xù)進(jìn)行，P可以通過對(duì)P＝DHWD進(jìn)行DFT而被對(duì)角線化，其中D是DFT矩陣以及W是這種形式的對(duì)角，即W＝diag(1，WLF-1，...，WLF- (LF-1))，有WLF＝ej(2pi/LF)。在某些置換后，S可被表示為等式15，其中表達(dá)式15-1表示按維數(shù)的IDFT以及表達(dá)式15-3表示按維數(shù)的DFT，意味著DFT或IDFT被應(yīng)用于到M個(gè)分集維數(shù)的每個(gè)維數(shù)。中央的表達(dá)式15-2是一個(gè)塊對(duì)角矩陣，其對(duì)角塊是矩陣E0...ELF-1的陣列的按元素的DFT，如等式16表示的，其中F是由等式17定義的M×M矩陣。因此S的逆由等式18給出。F的逆減小到LF個(gè)小的M×M矩陣的逆，因?yàn)镕是塊對(duì)角的。
用于多維傳輸?shù)某绦蜻^程可被概述為1)從接收信號(hào)估值相關(guān)矩陣R；
2)通過添加兩個(gè)“角”而變換成塊循環(huán)矩陣S；3)對(duì)于S的第一“塊”列進(jìn)行“按元素”的FFT，以及形成F，求逆和得到F-1；4)計(jì)算h的“按維數(shù)”的FFT，或(D1)h和F-1(D1)h，5)計(jì)算F-1(D1)的“按維數(shù)”的IFFT，以得到權(quán)重矢量w＝(D1)F-1(D1)h。
這個(gè)算法涉及對(duì)尺寸為MLF×1的矢量的一個(gè)“按維數(shù)”的FFT和IFFT(等價(jià)于長(zhǎng)度LF的M次FFT/IFFT)、對(duì)尺寸M×M的矩陣的一個(gè)“按元素”的FFT和IFFT(等價(jià)于長(zhǎng)度LF的M2次FFT)，和尺寸M×M的LF個(gè)矩陣求逆。與R的直接矩陣求逆的(MLF)3量級(jí)的高得多的復(fù)雜性相比較，這個(gè)算法的復(fù)雜性是(LFM3+(M2+2M)/2LFlog2LF)的量級(jí)。
圖6上顯示使用與前面相同的參數(shù)的模擬結(jié)果，有兩個(gè)接收天線和2的過采樣速率。從分集得到的改進(jìn)是明顯的。曲線顯示在按照本發(fā)明的FFT方法與直接矩陣求逆方案之間的極好的一致。
在另一個(gè)計(jì)算簡(jiǎn)化方案中，通過忽略在不同的分集支路之間的空間相關(guān)，即，通過把矩陣E0...EL的非對(duì)角線元素設(shè)置為零而得到等增益組合最小方差無失真響應(yīng)(EGC-MVDR)均衡器。在這種情形下，對(duì)于w的解是通過對(duì)于每個(gè)分集支路求解一組M個(gè)去耦合問題而得到的。這些解以相等的權(quán)重組合。圖7上顯示具有雙天線系統(tǒng)的這個(gè)模型的結(jié)果。從兩個(gè)天線得到的改進(jìn)是明顯的。
雖然本發(fā)明是相對(duì)于有限數(shù)目的實(shí)施例描述的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到，可以在以下權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)構(gòu)建其它實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種接收CDMA信號(hào)的方法，包括以下步驟接收包含目標(biāo)信號(hào)的擴(kuò)頻信號(hào)和對(duì)所述接收信號(hào)施加信道均衡處理以生成均衡的信號(hào)，其中施加均衡處理的步驟包括以下步驟估計(jì)接收信號(hào)的信道相關(guān)矩陣R；把R變換成塊循環(huán)矩陣S；取S的第一列的傅利葉變換(FT)和形成對(duì)角矩陣Λ；取信道脈沖矢量的FT和乘以Λ的逆，以生成頻域?yàn)V波器抽頭；以及取頻域?yàn)V波器抽頭的逆FT，以生成施加到所述接收信號(hào)的濾波器權(quán)重，從而生成所述均衡的信號(hào)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述FT是DFT。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述FT是FFT。
4.按照權(quán)利要求1的方法，還包括把一個(gè)常數(shù)加到塊循環(huán)矩陣的對(duì)角線元素的步驟。
5.按照權(quán)利要求2的方法，還包括把一個(gè)常數(shù)加到塊循環(huán)矩陣的對(duì)角線元素的步驟。
6.按照權(quán)利要求3的方法，還包括把一個(gè)常數(shù)加到塊循環(huán)矩陣的對(duì)角線元素的步驟。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述接收信號(hào)具有LF個(gè)元素的矢量的形式，以及還包括在頻域用2LF個(gè)元素的相應(yīng)矢量執(zhí)行計(jì)算的步驟，此后在時(shí)域中被變換的矢量通過去除最先的(LF/2)個(gè)元素和最后的(LF/2)個(gè)元素而被截短。
8.按照權(quán)利要求2的方法，其中所述接收信號(hào)具有LF個(gè)元素的矢量的形式，以及還包括在頻域用2LF個(gè)元素的相應(yīng)矢量執(zhí)行計(jì)算的步驟，此后在時(shí)域中被變換的矢量通過去除最先的(LF/2)個(gè)元素和最后的(LF/2)個(gè)元素而被截短。
9.按照權(quán)利要求3的方法，其中所述接收信號(hào)具有LF個(gè)元素的矢量的形式，以及還包括在頻域用2LF個(gè)元素的相應(yīng)矢量執(zhí)行計(jì)算的步驟，此后在時(shí)域中被變換的矢量通過去除最先的(LF/2)個(gè)元素和最后的(LF/2)個(gè)元素而被截短。
10.按照權(quán)利要求4的方法，其中所述接收信號(hào)具有LF個(gè)元素的矢量的形式，以及還包括在頻域用2LF個(gè)元素的相應(yīng)矢量執(zhí)行計(jì)算的步驟，此后在時(shí)域中被變換的矢量通過去除最先的(LF/2)個(gè)元素和最后的(LF/2)個(gè)元素而被截短。
11.按照權(quán)利要求5的方法，其中所述接收信號(hào)具有LF個(gè)元素的矢量的形式，以及還包括在頻域用2LF個(gè)元素的相應(yīng)矢量執(zhí)行計(jì)算的步驟，此后在時(shí)域中被變換的矢量通過去除最先的(LF/2)個(gè)元素和最后的(LF/2)個(gè)元素而被截短。
12.按照權(quán)利要求6的方法，其中所述接收信號(hào)具有LF個(gè)元素的矢量的形式，以及還包括在頻域用2LF個(gè)元素的相應(yīng)矢量執(zhí)行計(jì)算的步驟，此后在時(shí)域中被變換的矢量通過去除最先的(LF/2)個(gè)元素和最后的(LF/2)個(gè)元素而被截短。
13.一種響應(yīng)于M個(gè)信道而在多信道設(shè)備中接收CDMA信號(hào)的方法，包括以下步驟接收包含目標(biāo)信號(hào)的擴(kuò)頻信號(hào)和對(duì)所述接收信號(hào)施加信道均衡處理以生成均衡的信號(hào)；對(duì)所述均衡的信號(hào)執(zhí)行碼相關(guān)運(yùn)算，以生成代表所述目標(biāo)信號(hào)的輸出信號(hào)；以及處理所述輸出信號(hào)，其中所述施加均衡處理的步驟包括以下步驟估計(jì)接收信號(hào)的信道相關(guān)矩陣R，其中R具有帶狀的塊托伯利茲矩陣的形式，包括一組維數(shù)為M×M的子矩陣；把R變換成具有克羅奈克乘積的多項(xiàng)式表示的塊循環(huán)矩陣S；取S的第一個(gè)塊列的按元素的FT和形成塊對(duì)角矩陣F-1；取信道脈沖矢量的按維數(shù)的FT和乘以F的逆，以生成頻域?yàn)V波器抽頭；以及取頻域?yàn)V波器抽頭的逆FT，以生成施加到所述接收信號(hào)的濾波器權(quán)重，從而生成所述均衡的信號(hào)。
14.按照權(quán)利要求13的方法，其中所述FT是DFT。
15.按照權(quán)利要求13的方法，其中所述FT是FFT。
16.按照權(quán)利要求13的方法，還包括把一個(gè)常數(shù)加到塊循環(huán)矩陣的對(duì)角線元素的步驟。
17.按照權(quán)利要求14的方法，還包括把一個(gè)常數(shù)加到塊循環(huán)矩陣的對(duì)角線元素的步驟。
18.按照權(quán)利要求13的方法，還包括把一個(gè)常數(shù)加到塊循環(huán)矩陣的對(duì)角線元素的步驟。
19.按照權(quán)利要求13的方法，其中所述接收信號(hào)具有LF個(gè)元素的矢量的形式，以及還包括在頻域用2LF個(gè)元素的相應(yīng)矢量執(zhí)行計(jì)算的步驟，此后在時(shí)域中被變換的矢量通過去除最先的(LF/2)個(gè)元素和最后的(LF/2)個(gè)元素而被截短。
20.按照權(quán)利要求14的方法，其中所述接收信號(hào)具有LF個(gè)元素的矢量的形式，以及還包括在頻域用2LF個(gè)元素的相應(yīng)矢量執(zhí)行計(jì)算的步驟，此后在時(shí)域中被變換的矢量通過去除最先的(LF/2)個(gè)元素和最后的(LF/2)個(gè)元素而被截短。
21.按照權(quán)利要求16的方法，其中所述接收信號(hào)具有LF個(gè)元素的矢量的形式，以及還包括在頻域用2LF個(gè)元素的相應(yīng)矢量執(zhí)行計(jì)算的步驟，此后在時(shí)域中被變換的矢量通過去除最先的(LF/2)個(gè)元素和最后的(LF/2)個(gè)元素而被截短。
22.按照權(quán)利要求17的方法，其中所述接收信號(hào)具有LF個(gè)元素的矢量的形式，以及還包括在頻域用2LF個(gè)元素的相應(yīng)矢量執(zhí)行計(jì)算的步驟，此后在時(shí)域中被變換的矢量通過去除最先的(LF/2)個(gè)元素和最后的(LF/2)個(gè)元素而被截短。
23.按照權(quán)利要求18的方法，其中所述接收信號(hào)具有LF個(gè)元素的矢量的形式，以及還包括在頻域用2LF個(gè)元素的相應(yīng)矢量執(zhí)行計(jì)算的步驟，此后在時(shí)域中被變換的矢量通過去除最先的(LF/2)個(gè)元素和最后的(LF/2)個(gè)元素而被截短。
24.按照權(quán)利要求19的方法，其中所述接收信號(hào)具有LF個(gè)元素的矢量的形式，以及還包括在頻域用2LF個(gè)元素的相應(yīng)矢量執(zhí)行計(jì)算的步驟，此后在時(shí)域中被變換的矢量通過去除最先的(LF/2)個(gè)元素和最后的(LF/2)個(gè)元素而被截短。
25.一種接收CDMA信號(hào)的系統(tǒng)，包括用于接收包含目標(biāo)信號(hào)的擴(kuò)頻信號(hào)和對(duì)所述接收信號(hào)施加信道均衡處理以生成均衡的信號(hào)的裝置；用于對(duì)所述均衡的信號(hào)執(zhí)行碼相關(guān)運(yùn)算以生成代表所述目標(biāo)信號(hào)的輸出信號(hào)的裝置；以及用于處理所述輸出信號(hào)的裝置，其中所述用于施加均衡處理的裝置包括用于進(jìn)行以下操作的裝置估計(jì)接收信號(hào)的信道相關(guān)矩陣R；把R變換成塊循環(huán)矩陣S；取S的第一列的傅利葉變換(FT)和形成對(duì)角矩陣Λ；取信道脈沖矢量的FT和乘以Λ的逆，以生成頻域?yàn)V波器抽頭；以及取頻域?yàn)V波器抽頭的逆FT，以生成施加到所述接收信號(hào)的濾波器權(quán)重，從而生成所述均衡的信號(hào)。
26.按照權(quán)利要求25的系統(tǒng)，還包括用于執(zhí)行把一個(gè)常數(shù)加到塊循環(huán)矩陣的對(duì)角線元素的步驟的裝置。
27.按照權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中所述接收信號(hào)具有LF個(gè)元素的矢量的形式，以及還包括用于在頻域用2LF個(gè)元素的相應(yīng)矢量執(zhí)行計(jì)算的裝置，此后在時(shí)域中被變換的矢量通過去除最先的(LF/2)個(gè)元素和最后的(LF/2)個(gè)元素而被截短。
28.一種響應(yīng)于M個(gè)信道而在多信道設(shè)備中接收CDMA信號(hào)的系統(tǒng)，包括用于接收包含目標(biāo)信號(hào)的擴(kuò)頻信號(hào)和對(duì)所述接收信號(hào)施加信道均衡處理以生成均衡的信號(hào)的裝置；用于對(duì)所述均衡的信號(hào)執(zhí)行碼相關(guān)運(yùn)算以生成代表所述目標(biāo)信號(hào)的輸出信號(hào)的裝置；以及用于處理所述輸出信號(hào)的裝置，其中所述用于施加均衡處理的裝置包括用于進(jìn)行以下操作的裝置估計(jì)接收信號(hào)的信道相關(guān)矩陣R，其中R具有帶狀的塊托伯利茲矩陣的形式，包括一組維數(shù)為M×M的子矩陣；把R變換成具有克羅奈克乘積的多項(xiàng)式表示的塊循環(huán)矩陣S；取S的第一個(gè)塊列的按元素的FT和形成塊對(duì)角矩陣F-1；取信道脈沖矢量的按維數(shù)的FT和乘以F的逆，以生成頻域?yàn)V波器抽頭；以及取頻域?yàn)V波器抽頭的逆FT，以生成施加到所述接收信號(hào)的濾波器權(quán)重，從而生成所述均衡的信號(hào)。
29.按照權(quán)利要求28的系統(tǒng)，還包括用于把一個(gè)常數(shù)加到塊循環(huán)矩陣的對(duì)角線元素的裝置。
30.按照權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中所述接收信號(hào)具有LF個(gè)元素的矢量的形式，以及還包括用于在頻域用2LF個(gè)元素的相應(yīng)矢量執(zhí)行計(jì)算的裝置，此后在時(shí)域中被變換的矢量通過去除最先的(LF/2)個(gè)元素和最后的(LF/2)個(gè)元素而被截短。
31.一種包括由計(jì)算機(jī)可讀的程序貯存媒體的制造的物品，具有用于接收包含目標(biāo)信號(hào)的擴(kuò)頻信號(hào)和對(duì)于所述接收信號(hào)施加信道均衡處理以生成均衡的信號(hào)的裝置；用于對(duì)所述均衡的信號(hào)執(zhí)行碼相關(guān)運(yùn)算以生成代表所述目標(biāo)信號(hào)的輸出信號(hào)的裝置；以及用于處理所述輸出信號(hào)的裝置；其中該媒體包含由計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的、用于接收CDMA信號(hào)的指令，以及其中所述用于施加均衡處理的裝置包括用于進(jìn)行以下操作的裝置估計(jì)接收信號(hào)的信道相關(guān)矩陣R；把R變換成塊循環(huán)矩陣S；取S的第一列的FT和形成對(duì)角矩陣Λ；取信道脈沖矢量的FT和乘以Λ的逆，以生成頻域?yàn)V波器抽頭；以及取頻域?yàn)V波器抽頭的逆FT，以生成施加到所述接收信號(hào)的濾波器權(quán)重，從而生成所述均衡的信號(hào)。
32.按照權(quán)利要求31的制造的物品，還包括用于執(zhí)行把一個(gè)常數(shù)加到塊循環(huán)矩陣的對(duì)角線元素的步驟的指令。
33.按照權(quán)利要求32的制造的物品，其中所述接收信號(hào)具有LF個(gè)元素的矢量的形式，以及還包括用于在頻域用2LF個(gè)元素的相應(yīng)矢量執(zhí)行計(jì)算的指令，此后在時(shí)域中被變換的矢量通過去除最先的(LF/2)個(gè)元素和最后的(LF/2)個(gè)元素而被截短。
34.一種制造的物體，用于響應(yīng)于M個(gè)信道而在多信道設(shè)備中接收CDMA信號(hào)和具有用于接收包含目標(biāo)信號(hào)的擴(kuò)頻信號(hào)和對(duì)所述接收信號(hào)施加信道均衡處理以生成均衡的信號(hào)的裝置；用于對(duì)所述均衡的信號(hào)執(zhí)行碼相關(guān)運(yùn)算以生成代表所述目標(biāo)信號(hào)的輸出信號(hào)的裝置；以及用于處理所述輸出信號(hào)的裝置；其中該媒體包含由計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的、用于接收CDMA信號(hào)的指令，以及其中所述用于施加均衡處理的裝置包括用于進(jìn)行以下操作的裝置估計(jì)接收信號(hào)的信道相關(guān)矩陣R，其中R具有帶狀的塊托伯利茲矩陣的形式，包括一組維數(shù)為M×M的子矩陣；把R變換成具有克羅奈克乘積的多項(xiàng)式表示的塊循環(huán)矩陣S；取S的第一個(gè)塊列的按元素的FT和形成塊對(duì)角矩陣F-1；取信道脈沖矢量的按維數(shù)的FT和乘以F-1以生成頻域?yàn)V波器抽頭；以及取頻域?yàn)V波器抽頭的逆FT，以生成施加到所述接收信號(hào)的濾波器權(quán)重，從而生成所述均衡的信號(hào)。
35.按照權(quán)利要求34的制造的物品，還包括用于把一個(gè)常數(shù)加到塊循環(huán)矩陣的對(duì)角線元素的裝置。
36.按照權(quán)利要求35的制造的物品，其中所述接收信號(hào)具有LF個(gè)元素的矢量的形式，以及還包括用于在頻域用2LF個(gè)元素的相應(yīng)矢量執(zhí)行計(jì)算的裝置，此后在時(shí)域中被變換的矢量通過去除最先的(LF/2)個(gè)元素和最后的(LF/2)個(gè)元素而被截短。
全文摘要
在CDMA信號(hào)的接收中，接收單元執(zhí)行線性均衡的簡(jiǎn)化處理過程，這個(gè)處理過程消除了對(duì)于相關(guān)矩陣求逆的需要。對(duì)于單天線接收情形，相關(guān)矩陣由通過FFT運(yùn)算被對(duì)角線化的循環(huán)矩陣近似到良好的程度，由此用具有O(3/2L
文檔編號(hào)H04B7/216GK1788433SQ200480012807
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2004年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月13日
發(fā)明者J·張, T·巴特, G·D·曼迪亞姆 申請(qǐng)人:諾基亞有限公司