專利名稱：基于加權(quán)展開(kāi)的ds－cdma系統(tǒng)多用戶檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信多徑信道下的碼分多址系統(tǒng)(CDMA)多用戶檢測(cè)方法。本發(fā)明特別涉及到在寬帶大容量無(wú)線通信系統(tǒng)中，保持較低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的前提下，降低多徑信道碼分多址系統(tǒng)中由于多址接入和多徑時(shí)延造成的干擾并提高系統(tǒng)容量和性能的方法。
背景技術(shù)：
碼分多址系統(tǒng)(CDMA)的性能主要受限于干擾，干擾由系統(tǒng)中其它用戶的信號(hào)引起，原因是由于碼分多址系統(tǒng)中用戶擴(kuò)頻碼的不正交或者是經(jīng)信道傳輸后用戶信號(hào)波形之間不正交。擴(kuò)頻碼的不正交的一個(gè)例子是碼分多址系統(tǒng)中采用的沃爾什變換加擾碼的的擴(kuò)頻方法，實(shí)際上相當(dāng)于隨機(jī)擴(kuò)頻，在這種碼分多址方法中各個(gè)用戶的擴(kuò)頻用的隨機(jī)序列之間通常不正交，因此引入了多個(gè)用戶之間的干擾。再有，經(jīng)信道傳輸后用戶信號(hào)波形之間也會(huì)由于多徑傳輸效應(yīng)不再正交，這時(shí)多用戶檢測(cè)技術(shù)對(duì)于CDMA系統(tǒng)就顯得尤為關(guān)鍵?？紤]兩個(gè)用戶的例子，他們的擴(kuò)頻碼或擴(kuò)頻隨機(jī)序列分別是1、-1、1、-1和1、1、-1、-1，兩個(gè)碼本身是正交的。如果兩個(gè)用戶的信號(hào)所經(jīng)歷的信道都沒(méi)有相位偏移，那么在接收端用戶波形也是正交的。但是，如果用戶經(jīng)歷信道后等效的擴(kuò)頻碼變成了1、-1、1、-1，而用戶2的等效擴(kuò)頻碼變成了1、1、-1、1。顯然兩個(gè)等效擴(kuò)頻碼變得不正交了，因?yàn)閮蓚€(gè)等效擴(kuò)頻碼的點(diǎn)積為-2。用戶2對(duì)用戶1的解擴(kuò)會(huì)引起干擾，用戶1對(duì)用戶2的解擴(kuò)也會(huì)引起干擾，這種干擾對(duì)應(yīng)于兩個(gè)等效擴(kuò)頻碼的點(diǎn)積。
美國(guó)學(xué)者S.Verdu首先提出了可以利用不同用戶信號(hào)結(jié)構(gòu)的不同，通過(guò)對(duì)于所有用戶的接收信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合處理來(lái)有效降低用戶之間的相互干擾，進(jìn)而提高系統(tǒng)整體性能的思想，也就是所謂的多用戶聯(lián)合檢測(cè)思想。傳統(tǒng)的線性多用戶聯(lián)合檢測(cè)算法主要包括解相關(guān)多用戶聯(lián)合檢測(cè)器和最小均方誤差多用戶聯(lián)合檢測(cè)器。線性多用戶檢測(cè)器具有良好的性能，但是由于它們的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度都非常高，因此較難在工程中實(shí)際使用，尤其對(duì)于寬帶大容量無(wú)線通信系統(tǒng)而言。針對(duì)這種情況，美國(guó)學(xué)者S.Moshavi提出了利用迭代方法逼近線性多用戶檢測(cè)器的思想。詳見(jiàn)S.Moshavi.“Multistage linear Detectors for DS-CDMA systems，”Int’I.J.Wireless info.Networks，vol3，no.1，Jan.1996。這種多用戶檢測(cè)器能夠有效避免非線性操作，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。然而，Moshavi的迭代方法需要事先估計(jì)大量參數(shù)，這些參數(shù)的獲得又要事先經(jīng)過(guò)復(fù)雜的仿真和計(jì)算。以上都導(dǎo)致了算法實(shí)現(xiàn)的靈活性較差，需要預(yù)先大量存儲(chǔ)系統(tǒng)參數(shù)，從而對(duì)實(shí)際工程實(shí)現(xiàn)造成了巨大的困難。針對(duì)Moshavi方法的缺點(diǎn)，新加坡學(xué)者Lei等人提出了基于Taylor展開(kāi)的迭代多用戶檢測(cè)方法。詳見(jiàn)Z.D.Lei and T.J.Lim.“simplified polynomial-expansion linear detectors for DS-CDMA systems，”Electronics Letters.Vol.34，no.16，PP.1561-1563，Aug.1998。這種多用戶檢測(cè)器通過(guò)將相關(guān)矩陣的求逆運(yùn)算進(jìn)行多項(xiàng)式展開(kāi)，從而得到了避免參數(shù)計(jì)算的多用戶檢測(cè)器結(jié)構(gòu)。東南大學(xué)陳明等人根據(jù)與Lei的方法同樣的原理申請(qǐng)了專利“多級(jí)迭代多用戶檢測(cè)器”，專利申請(qǐng)?zhí)?8111378.8。根據(jù)我們的研究發(fā)現(xiàn)，Lei的方法在多徑大容量系統(tǒng)中存在著以下重大缺點(diǎn)由于Taylor展開(kāi)的收斂速度較慢，導(dǎo)致算法收斂性能較差，尤其當(dāng)系統(tǒng)容量較大，用戶數(shù)較多時(shí)，算法需要大量迭代才能達(dá)到較好性能，從而造成實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高，實(shí)時(shí)性差等問(wèn)題。
為解決已有方法在寬帶大容量無(wú)線通信系統(tǒng)中應(yīng)用存在的重大困難，本發(fā)明提出了一種新的基于加權(quán)多項(xiàng)展開(kāi)的多用戶檢測(cè)器，這種新的多用戶檢測(cè)器能夠在保持較低時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度的前提下，非常高效的逼近線性多用戶檢測(cè)器，從而有效克服已有相關(guān)方法存在的諸多不足。研究表明，這種新型多用戶檢測(cè)器能夠有效適合于各種多用戶DS/CDMA應(yīng)用系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種新型的基于加權(quán)展開(kāi)的多用戶檢測(cè)器。在使用本發(fā)明所涉及多用戶檢測(cè)方法時(shí)，接收機(jī)應(yīng)當(dāng)首先經(jīng)過(guò)下變頻，成型濾波，采樣等操作得到基帶信號(hào)矢量y，并且根據(jù)獲得的不同用戶信道沖激響應(yīng)矢量以及相應(yīng)擴(kuò)頻序列生成綜合信道響應(yīng)矩陣A。然后將y通過(guò)接收匹配濾波器組以生成匹配濾波后的信號(hào)矢量yMF，最后對(duì)yMF進(jìn)行本發(fā)明特別設(shè)計(jì)的加權(quán)多項(xiàng)展開(kāi)多用戶檢測(cè)處理以獲得最終檢測(cè)值。本發(fā)明所涉及的多用戶檢測(cè)方法主要包括以下操作1.依據(jù)特定算法生成能夠加速展開(kāi)式收斂的單級(jí)迭代處理矩陣G和相應(yīng)中間變量α。算法以減小G矩陣的譜半徑為優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，從而能夠有效提高本發(fā)明所涉及的多用戶檢測(cè)器的收斂性能，進(jìn)而降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的時(shí)間和空間復(fù)雜性；2.將匹配濾波器組的輸出信號(hào)矢量yMF輸入迭代處理單元，迭代過(guò)程使用矩陣G多次乘以α倍yMF，從而得到中間信號(hào)矢量序列(αyMF，GαyMF，G2αyMF…GNαyMF)；3.為使本發(fā)明所涉及的多用戶檢測(cè)器輸出結(jié)果能夠最佳的逼近相應(yīng)的線性多用戶檢測(cè)器輸出結(jié)果(理論上的最優(yōu)結(jié)果)，本發(fā)明以與線性多用戶檢測(cè)器輸出結(jié)果的平均誤差平方最小為目標(biāo)，設(shè)計(jì)出經(jīng)過(guò)優(yōu)化的權(quán)重系數(shù)序列(e0，e1，…ek)；4.通過(guò)使用前面步驟生成的中間信號(hào)矢量序列和權(quán)重序列進(jìn)行加權(quán)求和，可以得到本發(fā)明所涉及的多用戶檢測(cè)器的最終輸出結(jié)果d^=Σi=0NeiGiyMF.]]>這一結(jié)果可以輸出至解碼判決單元進(jìn)行進(jìn)一步的處理。
為了充分說(shuō)明本發(fā)明的原理，這里我們首先約定不同用戶的擴(kuò)頻序列分別表示為用戶1C(1)=(c1(1),c2(1),···cQ(1))---(1)]]>用戶2C(2)=(c1(2),c2(2),···cQ(2))]]>用戶KC(K)=(c1(K),c2(K),···cQ(K))]]>K代表用戶數(shù)，Q代表擴(kuò)頻序列的長(zhǎng)度。不同用戶的信道沖激響應(yīng)序列表示為用戶1h(1)=(h1(1),h2(1),···,hW(1))---(2)]]>用戶2h(2)=(h1(2),h2(2),···,hW(2))]]>用戶Kh(K)=(h1(K),h2(K),···,hW(K))]]>W表示信道沖激響應(yīng)的長(zhǎng)度。由此，將不同用戶的擴(kuò)頻序列和對(duì)應(yīng)的用戶沖激響應(yīng)進(jìn)行卷積以得到每個(gè)用戶的混合信道響應(yīng)序列b(k)＝c(k)*h(k)，k＝1，2…K(3)根據(jù)定義，b(k)序列的長(zhǎng)度為W+Q-1，也就是b(k)=(b1(k),b2(k)···bQ+W-1(k)),k=1,2,···K]]>假設(shè)每個(gè)用戶每一幀傳輸信息符號(hào)數(shù)為Ns，則可以進(jìn)一步約定符號(hào)an(k)，A(n)和A為
另外，將所有用戶在第n個(gè)傳輸間隔內(nèi)傳輸?shù)男畔⒎?hào)集中在一起，寫成總符號(hào)矢量d(n)=(dn(1),dn(2)···dn(K))T,]]>從而所有用戶在一幀傳輸時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)乃蟹?hào)可以統(tǒng)一表示為d＝(d(1)T，d(2)T…d(N)T)T(5)這里T代表矩陣轉(zhuǎn)置運(yùn)算，H將代表矩陣轉(zhuǎn)置共軛運(yùn)算。通過(guò)以上約定，整個(gè)系統(tǒng)的模型可以用下式來(lái)表示y＝Ad+n (6)n是加性白高斯噪聲矢量，具有噪聲功率σ2(可以通過(guò)測(cè)量事先得到)，y為接收信號(hào)矢量。首先將y通過(guò)匹配濾波器，從而得到輸出矢量為yMF＝AHy。然后yMF將依據(jù)不同的多用戶檢測(cè)器類型進(jìn)一步進(jìn)行多用戶檢測(cè)處理。對(duì)于線性多用戶檢測(cè)器來(lái)說(shuō)，最終輸出的估計(jì)信號(hào)矢量可以統(tǒng)一表示為 在最小均方誤差線性多用戶檢測(cè)器中L＝(R+σ2I)-1；在解相關(guān)線性多用戶檢測(cè)器中L＝R-1，這里R＝AHA。在以下的分析中我們均以最小均方誤差線性多用戶檢測(cè)器為例，如果關(guān)心解相關(guān)線性多用戶檢測(cè)器所對(duì)應(yīng)的情形只需要在最小均方誤差多用戶檢測(cè)器中令σ2＝0，所有結(jié)果都可以繼續(xù)使用。
令G＝I-α(R+σ2I)，λj(G)為矩陣G的第j個(gè)特征值，ρ為矩陣的譜半徑。傳統(tǒng)的Lei等人提出的基于Taylor展開(kāi)的多用戶檢測(cè)算法只要求任意選取α∈(0,2ρ),]]>從而根據(jù)熟知的Taylor展開(kāi)原理L＝α(I-G)-1≈α(1+G+…GN)(N足夠大)，通過(guò)截取有限N項(xiàng)求和可以逼近最小均方誤差線性多用戶檢測(cè)器的輸出。Taylor多用戶檢測(cè)器最終的輸出結(jié)果可以表示為d^=α(yMF+GyMF···GNyMF)---(7)]]>這種方法由于Taylor展開(kāi)的收斂速度較慢，需要展開(kāi)項(xiàng)數(shù)N很大，因此復(fù)雜度較高，檢測(cè)性能較差，不適合用于以第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)為代表的高性能大容量無(wú)線通信系統(tǒng)。
在我們的發(fā)明中首先按照展開(kāi)基矩陣G譜半徑最小原則優(yōu)化設(shè)計(jì)矩陣G，從而根據(jù)Taylor展開(kāi)的性質(zhì)，有效達(dá)到加速算法收斂的目的。具體實(shí)現(xiàn)算法如下λ^min(R+σ2I)=max{min{rt,1-Σs=1,s≠tm|rt,s|},0}+σ2t∈(1,m)λ^maax(R+σ2I)=max{Σs=1m|rt,s|}+σ2t∈(1,m)α=2λ^max(R+σ2I)+λ^min(R+σ2I)G=1-α(R+σ2I)---(8)]]>其中rt，s為相關(guān)矩陣R的t行，s列的元素，m為R的維數(shù)，I為m維單位矩陣，σ2為加性白高斯噪聲的功率，λ^min(R+σ2I)]]>和λ^max(R+σ2I)]]>為對(duì)于矩陣R+σ2I的最小和最大特征值的估計(jì)。如果為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以不進(jìn)行噪聲功率估計(jì)直接令σ2＝0。
通過(guò)將(7)式構(gòu)造為如下迭代形式X(k)=GX(k-1)+αyMF,k=1,2···NX(0)=αyMF---(9)]]>傳統(tǒng)的基于Taylor展開(kāi)的多用戶檢測(cè)器輸出等價(jià)于第N次迭代的輸出矢量X(N)，即d^=X(N).]]>(其它迭代中間矢量X(k)，k＝0，2…N-1將不再起任何作用)。在我們的發(fā)明中首次引入了加權(quán)的概念，通過(guò)將(9)式在迭代過(guò)程中產(chǎn)生的所有中間矢量X(0)，X(1)，…X(N)進(jìn)行優(yōu)化的加權(quán)求和，可以產(chǎn)生性能更加優(yōu)異的最終輸出結(jié)果，即d^=Σi=0Nai(N)X(i).]]>這里優(yōu)化設(shè)計(jì)權(quán)重系數(shù)a0(N)，a1(N)，…aN(N)是最為關(guān)鍵的技術(shù)，我們采用輸出結(jié)果和理論最優(yōu)線性檢測(cè)器輸出平均誤差平方最小作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，可以用數(shù)學(xué)公式描述為尋找一組權(quán)重系數(shù)a0(N)，a1(N)，…aN(N)，使得min||Σi=0Nai(N)X(i)-XMMSE||s.t.a0(N)+a1(N)+...+aN(N)=1---(10)]]>其中XMMSE為對(duì)應(yīng)的最小均方誤差線性多用戶檢測(cè)器的輸出結(jié)果(也就是基于多項(xiàng)展開(kāi)的多用戶檢測(cè)算法所能給出的極限性能)，‖·‖為矩陣的范數(shù)。
經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)優(yōu)化分析可以得到a0(N)，a1(N)，…aN(N)恰好應(yīng)該是N次多項(xiàng)式P(z)從低次到高次的多項(xiàng)式系數(shù)。利用(8)式，P(z)可以用如下方法得到
f=-1g=1-2σ2λ^min(R+σ2I)+λ^max(R+σ2I)w(z)=(2z-f-g)/(g-f)P(z)=TN(w(z))/TN(w(1))---(10)]]>其中TN(z)＝tNzN+tN-1zN-1…t0表示N階Chebyshev多項(xiàng)式(可以通過(guò)查閱數(shù)學(xué)工具手冊(cè)得到)。
通過(guò)將矢量組X(0)，X(1)，…X(N)按照G的冪次不同進(jìn)行合并同類項(xiàng)，以及將多項(xiàng)式P(z)展開(kāi)，可以得到最終權(quán)重系數(shù)e0，e1…eN的表達(dá)式γ=2/(g-f),β=-(g+f)/(g-f)ai(N)=Σl=iNtlCliγiβ(l-i)/Σl=0Ntl(γ+β)l,i=0,1···Nei=Σj=iNaj(N),i=0,1···N---(12)]]>這里Cli表示在l種樣本中取i種的常用組合數(shù)運(yùn)算。由此可以將本發(fā)明中的多用戶檢測(cè)器寫成如下最終表達(dá)式d^=αΣi=0NeiGiyMF---(13)]]>本發(fā)明相對(duì)于已有的相關(guān)多用戶檢測(cè)器具有以下優(yōu)點(diǎn)1.相對(duì)于線性多用戶檢測(cè)器(包括最小均方誤差線性多用戶檢測(cè)器和解相關(guān)線性多用戶檢測(cè)器)，本發(fā)明由于巧妙的避免了相關(guān)矩陣的求逆運(yùn)算，從而在少許降低系統(tǒng)性能的前提下，極大的降低了實(shí)際系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算和實(shí)施復(fù)雜度。
2.相對(duì)于Moshavi提出的多用戶檢測(cè)器，本發(fā)明由于同時(shí)采用了特殊構(gòu)造的展開(kāi)基多項(xiàng)式以及新的高性能，低復(fù)雜度迭代加權(quán)系數(shù)計(jì)算算法，從而能夠確保加權(quán)系數(shù)的實(shí)時(shí)在線計(jì)算，克服了Moshavi方法所要求的事先根據(jù)用戶信息，進(jìn)行復(fù)雜仿真，離線估計(jì)大量參數(shù)的缺點(diǎn)。本發(fā)明能夠在保持高性能的前提下，有效提高系統(tǒng)實(shí)施靈活性，降低實(shí)際系統(tǒng)的時(shí)間和空間復(fù)雜度。
3.相對(duì)于Lei等人提出的基于Taylor展開(kāi)的多用戶檢測(cè)器，本發(fā)明由于一方面采用了譜半徑最小原則優(yōu)化設(shè)計(jì)展開(kāi)基矩陣G(ρ表示矩陣R的譜半徑，在Lei的方法中G＝I-α(R+σ2I)，僅要求任意選取α∈(0,2ρ),]]>對(duì)α的具體選取沒(méi)有任何優(yōu)化)；另一方面采用了完全不同于Taylor展開(kāi)的新型加權(quán)展開(kāi)方法，按照與相應(yīng)線性多用戶檢測(cè)器(理論最優(yōu)檢測(cè)器)輸出的平均誤差平方最小準(zhǔn)則優(yōu)化設(shè)計(jì)了權(quán)重系數(shù)，從而在保持較低運(yùn)算復(fù)雜度的前提下，有效加速了展開(kāi)式的收斂速度并進(jìn)而提高了系統(tǒng)性能。圖5給出了在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)TD-SCDMA上行鏈路室外低速移動(dòng)環(huán)境中應(yīng)用本發(fā)明和Lei等人提出方法在多徑信道下的仿真性能對(duì)比(仿真模型采用COST201 TU模型)?？梢钥吹奖景l(fā)明方法在10階迭代下的性能已經(jīng)超過(guò)了Lei方法在30階迭代下的性能。而當(dāng)本發(fā)明方法的迭代次數(shù)達(dá)到15次時(shí)，性能在誤碼率已經(jīng)開(kāi)始逼近理論極限。由此證明本發(fā)明能在保持低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的前提下，相對(duì)于傳統(tǒng)Lei方法極大的提高系統(tǒng)性能。
本發(fā)明的特征在于以最小化譜半徑為目標(biāo)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)得到矩陣多項(xiàng)展開(kāi)基矩陣G；依據(jù)與相應(yīng)線性多用戶檢測(cè)器輸出的平均誤差平方最小為原則設(shè)計(jì)權(quán)重序列e0，e1…eN；對(duì)于多級(jí)迭代生成的中間信號(hào)矢量使用權(quán)重序列e0，e1…eN進(jìn)行加權(quán)求和，從而得到最終多用戶聯(lián)合檢測(cè)的輸出結(jié)果。


圖1.已有的線性多用戶檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，圖2.Lei等人提出的多用戶檢測(cè)器結(jié)構(gòu)描述圖，圖3.本發(fā)明的基于加權(quán)多項(xiàng)展開(kāi)的多用戶聯(lián)合檢測(cè)器結(jié)構(gòu)圖，圖4.本發(fā)明的算法實(shí)施流程圖，圖5.本發(fā)明與Lei等人提出方法的仿真性能對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式
下文公式中所涉及字母的含義請(qǐng)參考上文對(duì)于發(fā)明原理部分的介紹。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
可以分為以下幾步1.根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)要求的檢測(cè)精度確定展開(kāi)項(xiàng)數(shù)N，并進(jìn)行信道估計(jì)和對(duì)系統(tǒng)加性白噪聲能量的估計(jì)，同時(shí)通過(guò)下變頻，濾波，采樣等電路生成不同用戶的基帶等效信號(hào)y。
2.使用上文提到的方法，利用式(3)(4)來(lái)構(gòu)造矩陣A，R，yMF。進(jìn)而，根據(jù)(8)式計(jì)算本發(fā)明所需要的為加速收斂所特別設(shè)計(jì)的展開(kāi)多項(xiàng)式基矩陣G和中間變量α。
3.按照如下算法計(jì)算每次迭代后的加權(quán)系數(shù)首先依(8)(11)生成多項(xiàng)式P(z)，然后取多項(xiàng)式P(z)的不同冪次對(duì)應(yīng)系數(shù)按照從低到高的順序得到序列a0(N)，a1(N)…aN(N)，最后按(12)進(jìn)一步得到加權(quán)求和所需的權(quán)重系數(shù)ei=Σj=iNaj(N),i=0,1···N]]>4.參考設(shè)計(jì)圖(3)給出了具體實(shí)施本發(fā)明算法的硬件電路結(jié)構(gòu)示意圖，參考圖(4)給出了相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)流程圖，根據(jù)圖(3)(4)將步驟2中計(jì)算得到的基矩陣G用于循環(huán)迭代處理單元，作為每一次迭代的信號(hào)處理矩陣生成信號(hào)矢量組(αyMF，αGyMF，…αGNyMF)5.利用步驟3中得到的權(quán)重系數(shù)，對(duì)于步驟4生成的中間信號(hào)矢量進(jìn)行加權(quán)求和，最終輸出的結(jié)果可以用下式來(lái)描述d^=αyMFΣi=0NeiGi]]>下面以本發(fā)明在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)TD-SCDMA上行鏈路中的應(yīng)用，來(lái)具體說(shuō)明這種新型的基于加權(quán)多項(xiàng)展開(kāi)的高性能，低復(fù)雜度多用戶檢測(cè)方法。假設(shè)TD-SCDMA系統(tǒng)的一個(gè)小區(qū)中共有8名用戶同時(shí)進(jìn)行通信，每名用戶各自使用一個(gè)長(zhǎng)度為的8的正交哈達(dá)馬序列作為擴(kuò)頻碼，這里用cq(k)，q＝1…Q，k＝1…K，Q＝8，K＝8來(lái)表示。每個(gè)用戶一幀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號(hào)數(shù)為N＝22，并且使用QPSK方式進(jìn)行調(diào)制。接收端接收的射頻信號(hào)在經(jīng)過(guò)放大，下變頻，濾波，基帶成型和采樣等一系列處理后最終轉(zhuǎn)化為基帶數(shù)字信號(hào)。這時(shí)，首先進(jìn)行信道估計(jì)，得到不同用戶的信道沖激響應(yīng)序列hwk，k＝1，2…K，w＝1，2…W。(在這種TD-SCDMA的應(yīng)用場(chǎng)合下可分辨多徑數(shù)目W＝8)在此基礎(chǔ)上計(jì)算每個(gè)用戶的信道沖激響應(yīng)hwk和相應(yīng)擴(kuò)頻序列cq(k)的卷積，以得到不同用戶對(duì)應(yīng)的混合信道響應(yīng)bi(k)=ci(k)*hi(k),]]>k＝1，2…K，i＝1，2…W+Q-1，利用(4)式來(lái)構(gòu)造矩陣A。通過(guò)使用(8)式，得到迭代處理矩陣G；通過(guò)使用(8)和(11)(12)得到迭代加權(quán)系數(shù)e0，e1…eN。
將接收到的等效基帶信號(hào)矢量y首先通過(guò)接收匹配濾波器組以得到經(jīng)過(guò)匹配濾波后的信號(hào)矢量yMF＝AHy，然后將yMF輸入迭代處理單元生成中間矢量αyMF，αGyMF，…αGNyMF。將迭代處理單元的輸出信號(hào)矢量(包括yMF)，按照預(yù)先計(jì)算得到的加權(quán)系數(shù)e0，e1…eN進(jìn)行加權(quán)求和，從而得到本發(fā)明所涉及的多用戶檢測(cè)器最終輸出結(jié)果。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的具體數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)施方案有多種，我這里介紹一種便于實(shí)際應(yīng)用的通用數(shù)字信號(hào)處理(DSP)芯片實(shí)現(xiàn)方案。具體步驟如下第一步選擇適合于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的DSP芯片，我們?cè)赥D-SCDMA工程實(shí)踐中選擇了美國(guó)ADI公司生產(chǎn)的TS201芯片。
第二步配套購(gòu)買ADI公司的TS201芯片開(kāi)發(fā)及調(diào)試工具搭建系統(tǒng)硬件平臺(tái)。
第三步根據(jù)參考設(shè)計(jì)圖(3)和(4)給出的軟硬件結(jié)構(gòu)，使用C或匯編語(yǔ)言或其它集成電路設(shè)計(jì)工具按照具體實(shí)施方式
中給出的步驟完成本發(fā)明所需要的開(kāi)發(fā)。
對(duì)于技術(shù)純熟的電子工程師，本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用中可以有多種變化和修改，例如將直接求加權(quán)系數(shù)改為使用某種迭代方法等，但是這些都不會(huì)背離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，只有改進(jìn)和變化與權(quán)利要求等值或在其范圍內(nèi)，這些改進(jìn)和變化都是本發(fā)明的意圖所包括的。
權(quán)利要求
1.基于加權(quán)展開(kāi)的DS-CDMA系統(tǒng)多用戶檢測(cè)方法，其特征在于，它是在DSP或FPGH芯片中依照以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟1.接收機(jī)輸出的接收信號(hào)依次經(jīng)過(guò)下變頻，成型濾波，采樣各電路后得到基帶信號(hào)y；步驟2.把步驟1中得到的基帶信號(hào)，事先測(cè)得的不同用戶的信道沖激響應(yīng)和擴(kuò)頻序列送入第一乘加單元電路，將事先測(cè)得的白噪聲功率送入第三乘加單元電路，通過(guò)第一，第二和第三乘加單元電路，再依次按照以下步驟生成中間信號(hào)矢量和矩陣步驟2.1第一乘加電路把不同用戶的擴(kuò)頻序列和對(duì)應(yīng)的用戶沖激響應(yīng)進(jìn)行卷積以得到每個(gè)用戶的混合信道響應(yīng)序列，其過(guò)程如下b(k)=c(k)*h(k),k=1,2···K]]>=(b1(k),b2(k),···bW+Q-1(k))]]>其中C(k)是表示不同用戶的擴(kuò)頻序列的通式用戶1C(1)=(c1(1),c2(1),···cQ(1))]]>用戶2C(2)=(c1(2),c2(2),···cQ(2))]]>用戶KC(K)=(c1(K),c2(K),···cQ(K))]]>K代表用戶數(shù)，Q代表擴(kuò)頻序列的長(zhǎng)度；h(k)是不同用戶的信道沖激響應(yīng)序列的通式，表示如下用戶1h(1)=(h1(1),h2(1),···,hW(1))]]>用戶2h(2)=(h1(2),h2(2),···,hW(2))]]>用戶Kh(K)=(h1(K),h2(K),···,hW(K)),]]>下標(biāo)W表示信道沖激響應(yīng)序列的長(zhǎng)度；步驟2.2把步驟2.1得到的每個(gè)用戶的混合信道響應(yīng)序列b(k)，k＝1，2…K按照下式生成綜合信道響應(yīng)矩陣A 這里Ms代表每個(gè)用戶一次檢測(cè)的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；步驟2.3在第一乘加單元電路根據(jù)步驟2.2生成矩陣RR＝AHAAH是步驟2.2所生成綜合信道響應(yīng)矩陣A的轉(zhuǎn)置共軛矩陣；步驟2.4上述第一乘加單元電路把所生成的綜合信道響應(yīng)矩陣A送到第二乘加單元電路內(nèi)計(jì)算A的轉(zhuǎn)置共軛矩陣AH，并由此得到經(jīng)過(guò)匹配濾波操作的接收信號(hào)矢量yMF，用下式表示yMF＝AHy；步驟2.5上述第一乘加單元電路把所形成的矩陣A，R以及預(yù)先測(cè)得的白噪聲功率送到第三乘加單元電路，在所述第三乘加單元電路中按照展開(kāi)基矩陣G譜半徑最小原則，依次通過(guò)以下步驟生成展開(kāi)基矩陣Gλ^min(R+σ2I)=max{min{rt,t-Σs=1,s≠tm|rt,s|},0}+σ2,t∈(1,m)λ^max(R+σ2I)=max{Σs=1m|rt,s|}+σ2,t∈(1,m)α=2λ^max(R+σ2I)+λ^min(R+σ2I)G=I-α(R+σ2I)]]>其中rt，s為相關(guān)矩陣R的t行，s列的元素，m為R的維數(shù)，I為m維單位矩陣，σ2為加性白噪聲的功率，λ^min(R+σ2I)]]>和λ^max(R+σ2I)]]>為對(duì)于矩陣R+σ2I的最小和最大特征值的估計(jì)，如果為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以不進(jìn)行噪聲功率估計(jì)直接令σ2＝0；步驟3.把上述第一乘加單元電路生成的矩陣A，R和第三乘加單元電路生成的最大最下特征值估計(jì)λ^max(R+σ2I),]]>λ^min(R+σ2I)]]>以及預(yù)先測(cè)得的白噪聲功率σ2輸入到第四乘加單元電路，通過(guò)調(diào)用事先存儲(chǔ)在ROM電路中的由高次到低次排列的N階Chebyshey多項(xiàng)式系數(shù)tN，tN-1…t0，按照如下步驟生成迭代權(quán)重系數(shù)e0，e1…eN1.f=-1,g=1-2σ2/(λ^min(R+σ2I)+λ^max(R+σ2I))]]>2.γ＝2/(g-f)，β＝-(g+f)/(g-f)3.ai(N)=Σl=iNtlCliγiβ(l-i)/Σl=0Ntl(γ+β)l,i=0,1···N]]>4.ei=Σj=iNaj(N),i=0,1···N]]>這里Cli表示在l種樣本中取i種的組合數(shù)運(yùn)算，N代表根據(jù)實(shí)際工程需要確定的迭代次數(shù)，一般權(quán)衡實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和檢測(cè)精度，N可取10左右；步驟4.將第二乘加單元電路輸出的經(jīng)過(guò)匹配濾波的信號(hào)矢量yMF和第三乘加單元電路生成的展開(kāi)基矩陣G，以及中間變量α輸入第五乘加單元電路，通過(guò)迭代相乘運(yùn)算，生成信號(hào)矢量組αyMF，αGyMF，…αGNyMF；步驟5.通過(guò)將第四乘加單元電路生成的權(quán)重系數(shù)e0，e1…eN和第五乘加單元電路生成的信號(hào)矢量組αyMF，αGyMF，…αGNyMF送入第六乘加單元電路，對(duì)于每次迭代生成的信號(hào)矢量使用相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和可以得到最終的基于加權(quán)展開(kāi)的多用戶檢測(cè)器輸出矢量d^=αΣi=0NeiGiyMF.]]>
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)線通信多徑信道下的碼分多址系統(tǒng)的多用戶檢測(cè)方法。本發(fā)明的特征在于以最小化譜半徑為目標(biāo)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)得到多項(xiàng)展開(kāi)基矩陣；依據(jù)與相應(yīng)線性多用戶檢測(cè)器輸出的誤差最小為原則設(shè)計(jì)權(quán)重序列e
文檔編號(hào)H04J13/02GK1688119SQ200510011509
公開(kāi)日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者趙明, 張勁帆, 周世東, 張秀軍, 周春暉, 王京 申請(qǐng)人:清華大學(xué)