專利名稱：一種接收機(jī)和接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多天線直接序列擴(kuò)頻通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及信號(hào)接收機(jī)和接收方法。
背景技術(shù)：
圖1為直接序列擴(kuò)頻碼分多址多輸入多輸出DS-CDMA-MIMO系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，DS-CDMA-MIMO系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)包括編碼調(diào)制單元、擴(kuò)頻單元、加擾單元和天線，不同小區(qū)信號(hào)分別經(jīng)過編碼調(diào)制單元的編碼調(diào)制后，再經(jīng)過擴(kuò)頻單元和加擾單元的擴(kuò)頻和加擾處理，送至天線發(fā)射出去。
DS-CDMA-MIMO系統(tǒng)中與這種發(fā)射機(jī)對(duì)應(yīng)的有3種接收機(jī)。
圖2為2類接收機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，2類接收機(jī)包括天線、2類均衡器、解擾單元、解擴(kuò)單元和解調(diào)解碼單元，不同天線接收下來的信號(hào)首先通過2類均衡器進(jìn)行均衡，該均衡器G2＝HH·(H·HT+σ2I)-1，均衡后的信號(hào)順序經(jīng)過解擾單元、解擴(kuò)單元和解調(diào)解碼單元的處理。2類接收機(jī)不考慮小區(qū)間的干擾。
圖3為2i類接收機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，2i類接收機(jī)包括天線、2i類均衡器、解擾單元、解擴(kuò)單元和解調(diào)解碼單元，不同天線接收下來的信號(hào)首先通過2i類均衡器進(jìn)行均衡，該均衡器G2i=HH·(H·HT+ΣJ=1N1HIJ·HIJT+σ2I)-1,]]>均衡后的信號(hào)順序經(jīng)過解擾單元、解擴(kuò)單元和解調(diào)解碼單元的處理。2I類接收機(jī)考慮小區(qū)間干擾的消除。
圖4為2iw類接收機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，2iw類接收機(jī)包括天線、2iw類均衡器和解調(diào)解碼單元，不同天線接收下來的信號(hào)首先通過2iw類均衡器進(jìn)行均衡處理，該均衡器G2iw＝[H·C(m)]H·{[H·C(m)]·[H·C(m)]T+σ2I}-1，均衡后的信號(hào)順序經(jīng)過解調(diào)解碼單元的處理。
2iw類接收機(jī)將發(fā)射端的擴(kuò)頻和加擾操作C與實(shí)際的多徑信道H合起來考慮為等效的信道Heq，這樣均衡器需要在均衡多徑影響的同時(shí)完成解擾和解擴(kuò)的操作。其系統(tǒng)模型如下r(m)＝H·C(m)·X(m)+n，其中 是發(fā)射符號(hào)以及對(duì)其有拖尾干擾的已發(fā)射符號(hào)，H=H11H12H21H22]]>是期望小區(qū)信道矩陣， 是第j根發(fā)天線到第i根收天線之間多徑信道的表示，其中hNs·(L′+1)i，j是信道抽頭延時(shí)線模型的過采樣表示；C(m)包括了擴(kuò)頻碼和擾碼的信息，C(m)=C11(m)C12(m)C21(m)C22(m),]]>
在此種系統(tǒng)模型下的線性MMSE均衡器的表達(dá)形式是G=argminG(|Gr-X|2)]]>G＝Rxr·Rrr-1＝[H·C(m)]H·{[H·C(m)]·[H·C(m)]T+σ2I)}-12iw類接收機(jī)由于不考慮小區(qū)間干擾的統(tǒng)計(jì)特性，均衡器表達(dá)式中沒有包括干擾信號(hào)特征部分。2iw類接收機(jī)的均衡器的操作將均衡和解擾、解擴(kuò)操作結(jié)合在一起，均衡結(jié)果直接用于解調(diào)和解碼。
對(duì)以上提到的三種接收機(jī)在同一環(huán)境下進(jìn)行性能比較，其誤碼率性能曲線如圖5所示。從仿真結(jié)果中可以看出2i類接收機(jī)性能優(yōu)于2類接收機(jī)，但是增益有限。2iw類接收機(jī)由于沒有考慮干擾的統(tǒng)計(jì)特性，在曲線斜率上可以看出在信噪比SNR逐漸上升時(shí)誤碼率曲線有上飄的問題。
發(fā)明內(nèi)客本發(fā)明提出一種接收機(jī)和接收方法，用于DS-CDMA-MIMO系統(tǒng)中，能夠消除小區(qū)間干擾的空間相關(guān)性。
為此，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種接收機(jī)，適用于DS-CDMA-MIMO系統(tǒng)，包括天線、均衡器和解調(diào)解碼單元，還包括空間白化濾波器，所述空間白化濾波器用于將所述天線接收的信號(hào)進(jìn)行濾波后發(fā)送給所述均衡器。
所述均衡器為2iw類均衡器。
所述空間白化濾波器F滿足以下公式F·FH＝R-1，其中R是干擾和噪聲的空間相關(guān)矩陣，F(xiàn)表示空間白化濾波器，F(xiàn)H表示矩陣F的共軛轉(zhuǎn)置。
當(dāng)多徑干擾信道中每兩徑之間距離不小于碼片長度時(shí)，所述干擾和噪聲的空間相關(guān)矩陣滿足以下公式R=E(n·nH)=Σj=1NpHIj·HIjH+σ2I,]]>其中n表示干擾信號(hào)和加性噪聲，HIj表示干擾信號(hào)第j徑的信道轉(zhuǎn)移矩陣，Np表示干擾信號(hào)的可分辨徑數(shù)，σ2表示加性噪聲功率。
當(dāng)多徑干擾信道中有兩徑之間距離大于最小采樣間隔且小于碼片長度時(shí)，所述R表達(dá)式中的HIj·HIjH+HI(j+1)·HI(j+1)H部分轉(zhuǎn)換成Rj,j+1=kNs·HIj·HIjH+kNs·HI(j+1)·HI(j+1)H+Ns-kNs·(HIj+HI(j+1))·(HIj+HI(j+1))H,]]>其中Ns為系統(tǒng)過采樣率，k為兩徑之間間距的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，1≤k＜Ns。
一種接收方法，適用于DS-CDMA-MIMO系統(tǒng)，包括以下步驟A、天線接收信號(hào)，發(fā)送給空間白化濾波器；B、所述空間白化濾波器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行濾波，并發(fā)給均衡器；C、所述均衡器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行均衡和解擾、解擴(kuò)，發(fā)送給解調(diào)解碼單元；D、所述解調(diào)解碼單元對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行解碼解調(diào)。
所述空間白化濾波器滿足以下公式
F·FH＝R-1，其中R是干擾和噪聲的空間相關(guān)矩陣，F(xiàn)表示空間白化濾波器，F(xiàn)H表示矩陣F的共軛轉(zhuǎn)置。
當(dāng)多徑干擾信道中每兩徑之間距離不小于碼片長度時(shí)，所述干擾和噪聲的空間相關(guān)矩陣滿足以下公式R=E(n·nH)=Σj=1NpHIj·HIjH+σ2I,]]>其中n表示干擾信號(hào)和加性噪聲，HIj表示干擾信號(hào)第j徑的信道轉(zhuǎn)移矩陣，Np表示干擾信號(hào)的可分辨徑數(shù)，σ2表示加性噪聲功率；當(dāng)多徑干擾信道中有兩徑之間距離大于最小采樣間隔且小于碼片長度時(shí)，所述R表達(dá)式中的HIj·HIjH+HI(j+1)·HI(j+1)H部分轉(zhuǎn)換成Rj,j+1=kNs·HIj·HIjH+kNs·HI(j+1)·HI(j+1)H+Ns-kNs·(HIj+HI(j+1))·(HIj+HI(j+1))H,]]>其中Ns為系統(tǒng)過采樣率，k為兩徑之間間距的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，1≤k＜Ns。
采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，當(dāng)SNR逐漸上升時(shí)，誤碼率下降的速度與沒有增加空間白化濾波器的2iw類接收機(jī)的誤碼率下降速度相比要快，而且相比于2iw類接收機(jī)本身需要的復(fù)雜度，空間白化濾波器的計(jì)算和使用幾乎不會(huì)造成接收機(jī)復(fù)雜度的上升。


圖1是DS-CDMA-MIMO系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是2類接收機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是2i類接收機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是2iw類接收機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是2類、2i類和2iw類接收機(jī)誤碼率性能比較示意圖；圖6是本具體實(shí)施方式
中接收機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是在PB非相關(guān)信道條件下幾種接收機(jī)誤碼率性能比較示意圖；圖8是在PB相關(guān)信道條件下幾種接收機(jī)誤碼率性能比較示意圖；
圖9是在PA非相關(guān)信道條件下幾種接收機(jī)誤碼率性能比較示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖，并通過具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步說明。
圖6為本具體實(shí)施方式
中接收機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，該接收機(jī)包括天線、空間白化濾波器、2iw類均衡器和解調(diào)解碼單元。不同天線的信號(hào)首先通過空間白化濾波器進(jìn)行濾波，再通過2iw類均衡器和解調(diào)解碼單元的處理。
在DS-CDMA-MIMO系統(tǒng)中，信道可以認(rèn)為是單徑平坦的。此時(shí)的系統(tǒng)模型可以描述為y=Hx+n其中n包括了白噪聲和同信道干擾，E(n·nH)＝R。
此時(shí)可以將接收信號(hào)y先經(jīng)過一空間白化濾波器F(F·FH＝R-1)，y~=F·y,]]>之后再對(duì) 進(jìn)行天線檢測及之后的操作。
當(dāng)干擾信號(hào)具有時(shí)間相關(guān)性時(shí)，n=HIxI+w，其中HI是干擾信號(hào)經(jīng)歷的信道，w是加性高斯白噪聲。
當(dāng)多徑干擾信道中每兩徑之間距離不小于碼片長度時(shí)，每兩徑干擾信道之間不具有相關(guān)性R=E(n·nH)=Σj=1NpHIj·HIjH+σ2I]]>當(dāng)多徑信道中有兩徑之間距離大于最小采樣間隔但是小于碼片長度時(shí)，空間相關(guān)矩陣的形式有所區(qū)別。假設(shè)系統(tǒng)過采樣率為Ns，而兩徑(第j和第j+1徑)的間距為k個(gè)采樣點(diǎn)，1≤k＜Ns，此時(shí)這兩徑信道表現(xiàn)出的空間相關(guān)矩陣為
Rj,j+1=kNs·HIj·HIjH+kNs·HI(j+1)·HI(j+1)H+Ns-kNs·(HIj+HI(j+1))·(HIj+HI(j+1))H]]>此時(shí)需使用上式代替原R表達(dá)式中的HIj·HIjH+HI(j+1)·HI(j+1)H部分。
同樣的，空間白化濾波器F，F(xiàn)·FH＝R-1。
下面用仿真結(jié)果對(duì)本具體實(shí)施方式
中接收與其他接收機(jī)的比較進(jìn)行說明。
在下列條件下，2×2天線配置，16QAM調(diào)制，Turbol/2編碼，擴(kuò)頻因子16，干擾信號(hào)時(shí)偏為0，干擾小區(qū)與目標(biāo)小區(qū)信號(hào)使用同樣的擴(kuò)頻碼。仿真中，空間白化濾波器之后使用2iw類接收機(jī)。
當(dāng)使用25.996PB信道、天線相關(guān)性為0時(shí)，仿真結(jié)果如圖7所示。
當(dāng)使用25.996PB相關(guān)信道時(shí)，仿真結(jié)果如圖8所示。
當(dāng)使用25.996PA信道、天線相關(guān)性為0時(shí)，仿真結(jié)果如圖9所示。
從仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)SNR逐漸上升時(shí)，誤碼率下降的速度與沒有增加空間白化濾波器的其他接收機(jī)的誤碼率下降速度相比要快。
下面對(duì)使用空間白化濾波器的復(fù)雜度和2iw類接收機(jī)的復(fù)雜度進(jìn)行分析。
前提是一個(gè)時(shí)隙總碼片數(shù)為2560，擴(kuò)頻長度F，符號(hào)數(shù)為 假設(shè)應(yīng)用于中低速用戶，近似認(rèn)為一個(gè)時(shí)隙內(nèi)信道不發(fā)生變化。信道徑數(shù)為Np，最大多徑時(shí)延L個(gè)抽樣點(diǎn)， 2iw類接收機(jī)使用的均衡器G＝[H·C(m)]H·{[H·C(m)]·[H·C(m)]H+σ2I}-1＝{[H·C(m)]H·[H·C(m)]+σ2I}-1·[H·C(m)]H使用第二個(gè)表達(dá)式，矩陣求逆的維度小一些。H·C(m)的獲得需要Nt·Nr·Np·Ns·(F+L′)次復(fù)乘，G的獲得需要2Ls2·FNs·Nt·Nr和一次(Ls·Nt)·(Ls·Nt)的矩陣求逆，G·r需要F2·Ns·Nt·Nr次復(fù)乘。以上的操作需要每個(gè)符號(hào)進(jìn)行一次，一個(gè)時(shí)隙合計(jì)需要2560/F 次(Ls·Nt)·(Ls·Nt)的矩陣求逆和2560FNt·NrNs[Np·(F+L')+2Ls2·F+F2]]]>次復(fù)乘。
空間白化濾波器的計(jì)算需要NpNrNt2次復(fù)乘和一次Nr·Nr的矩陣求逆和矩陣開方，濾波器的使用需要2560·Nr2Ns次復(fù)乘。
對(duì)上述表達(dá)式中的數(shù)值進(jìn)行以下假設(shè)F＝16，L′＝15，Ns＝4，Ls＝3，NI＝1，Nr＝2，Nt＝2，Np＝6(25.996PB)。將使用了空間白化濾波器的2iw類接收機(jī)的復(fù)雜度分解為兩部分，均衡器本身需要的復(fù)雜度和白化濾波器的計(jì)算和使用需要的復(fù)雜度。這兩部分的數(shù)值比較如表1所示。
表1 接收機(jī)在一個(gè)時(shí)隙的復(fù)雜度分析

從上表中可以看出，相比于2iw接收機(jī)本身需要的復(fù)雜度，空間白化濾波器的計(jì)算和使用幾乎不會(huì)造成接收機(jī)復(fù)雜度的上升。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的定義為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種接收機(jī)，適用于直接序列擴(kuò)頻碼分多址多輸入多輸出DS-CDMA-MIMO系統(tǒng)，包括天線、均衡器和解調(diào)解碼單元，其特征在于，還包括空間白化濾波器，所述空間白化濾波器用于將所述天線接收的信號(hào)進(jìn)行濾波后發(fā)送給所述均衡器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接收機(jī)，其特征在于，所述均衡器為2iw類均衡器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接收機(jī)，其特征在于，所述空間白化濾波器F滿足以下公式F·FH＝R-1，其中R是干擾和噪聲的空間相關(guān)矩陣，F(xiàn)表示空間白化濾波器，F(xiàn)H表示矩陣F的共軛轉(zhuǎn)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種接收機(jī)，其特征在于，當(dāng)多徑干擾信道中每兩徑之間距離不小于碼片長度時(shí)，所述干擾和噪聲的空間相關(guān)矩陣滿足以下公式R=E(n·nH)=Σj=1NpHIj·HIjH+σ2I,]]>其中n表示干擾信號(hào)和加性噪聲，HIj表示干擾信號(hào)第j徑的信道轉(zhuǎn)移矩陣，Np表示干擾信號(hào)的可分辨徑數(shù)，σ2表示加性噪聲功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種接收機(jī)，其特征在于，當(dāng)多徑干擾信道中有兩徑之間距離大于最小采樣間隔且小于碼片長度時(shí)，所述R表達(dá)式中的HIj·HIjH+HI(j+1)·HI(j+1)H部分轉(zhuǎn)換成Rj,j+1=kNs·HIj·HIjH+kNs·HI(j+1)·HI(j+1)H+Ns-kNs·(HIj+HI(j+1))·(HIj+HI(j+1))H,]]>其中Ns為系統(tǒng)過采樣率，k為兩徑之間間距的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，1≤k＜Ns。
6.一種接收方法，適用于直接序列擴(kuò)頻碼分多址多輸入多輸出DS-CDMA-MIMO系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟A、天線接收信號(hào)，發(fā)送給空間白化濾波器；B、所述空間白化濾波器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行濾波，并發(fā)給均衡器；C、所述均衡器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行均衡和解擾、解擴(kuò)，發(fā)送給解調(diào)解碼單元；D、所述解調(diào)解碼單元對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行解碼解調(diào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種接收方法，其特征在于，所述空間白化濾波器滿足以下公式F·FH＝R-1，其中R是干擾和噪聲的空間相關(guān)矩陣，F(xiàn)表示空間白化濾波器，F(xiàn)H表示矩陣F的共軛轉(zhuǎn)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種接收方法，其特征在于，當(dāng)多徑干擾信道中每兩徑之間距離不小于碼片長度時(shí)，所述干擾和噪聲的空間相關(guān)矩陣滿足以下公式R=E(n·nH)=Σj=1NpHIj·HIjH+σ2I,]]>其中n表示干擾信號(hào)和加性噪聲，HIj表示干擾信號(hào)第j徑的信道轉(zhuǎn)移矩陣，Np表示干擾信號(hào)的可分辨徑數(shù)，σ2表示加性噪聲功率；當(dāng)多徑干擾信道中有兩徑之間距離大于最小采樣間隔且小于碼片長度時(shí)，所述R表達(dá)式中的HIj·HIjH+HI(j+1)·HI(j+1)H部分轉(zhuǎn)換成Rj,j+1=kNs·HIj·HIjH+kNs·HI(j+1)·HI(j+1)H+Ns-kNs·(HIj+HI(j+1))·(HIj+HI(j+1))H,]]>其中Ns為系統(tǒng)過采樣率，k為兩徑之間間距的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，1≤＜Ns。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種接收機(jī)和接收方法，適用于DS－CDMA－MIMO系統(tǒng)，包括天線、均衡器和解調(diào)解碼單元，還包括空間白化濾波器，空間白化濾波器用于將所述天線接收的信號(hào)進(jìn)行處理后發(fā)送給均衡器。采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，當(dāng)SNR逐漸上升時(shí)，誤碼率下降的速度與沒有增加空間白化濾波器的2iw類接收機(jī)的誤碼率下降速度相比要快，而且相比于2iw類接收機(jī)本身需要的復(fù)雜度，空間白化濾波器的計(jì)算和使用幾乎不會(huì)造成接收機(jī)復(fù)雜度的上升。
文檔編號(hào)H04B1/16GK101018074SQ20071008038
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2007年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月8日
發(fā)明者肖琨, 龍航, 趙慧, 王文博 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司