專利名稱：一種抗多徑路徑相關(guān)的多用戶檢測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于DS-CDMA(直接序列擴(kuò)頻碼分多址)移動(dòng)通信系統(tǒng)中的多用戶檢測(cè)方法及其裝置，更確切地說，本發(fā)明涉及一種用于擴(kuò)頻通信地既可克服多址干擾、又能抑制多徑干擾影響的多用戶檢測(cè)方法及其實(shí)現(xiàn)。
在DS-CDMA移動(dòng)通訊系統(tǒng)中，多徑和多址干擾是限制系統(tǒng)容量和性能的最重要因素，為此，可采用RAKE分集接收來抑制多徑干擾的影響，采用多用戶檢測(cè)器來克服多址干擾。
在現(xiàn)有的多用戶檢測(cè)器中，主要存在的問題和缺點(diǎn)可歸納為以下幾方面
1)未考慮多徑干擾對(duì)多用戶檢測(cè)的影響，使得多用戶檢測(cè)器的性能在多徑衰落信道中嚴(yán)重下降。文獻(xiàn)“夏鵬飛，李國(guó)清，夏斌，朱近康，CDMA通信系統(tǒng)中的多用戶檢測(cè)，現(xiàn)代電信科技，1999，3(3)34-38”介紹常用的兩種線性多用戶檢測(cè)器---解相關(guān)檢測(cè)器和最小均方誤差(MMSE)檢測(cè)器，它們即存在著上述問題。
2)在考慮多徑干擾影響的情況下，通常將每個(gè)用戶的n條徑等效看作為n個(gè)獨(dú)立的、互不關(guān)聯(lián)的信號(hào)(即等效視為n個(gè)不同用戶的信號(hào))，未能利用同一用戶的多徑信號(hào)間的強(qiáng)相關(guān)特性，其結(jié)果是使得多用戶檢測(cè)器的運(yùn)算復(fù)雜度很大，實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)起來比較困難。如Z.Zvonar and D.Brady發(fā)表的題為“Suboptimal multiuser detector for frequency-selective Rayleigh fading synchronousCDMA channels”一文(見IEEE Trans on Comm，1995，43(2-4)154-157)中所介紹的“次優(yōu)多用戶檢測(cè)器(Suboptimal Multiuser Detector)”，即為如上模型的多用戶檢測(cè)器，它存在著運(yùn)算復(fù)雜度大、實(shí)際實(shí)現(xiàn)困難的缺點(diǎn)。
有關(guān)現(xiàn)有多用戶檢測(cè)器的技術(shù)現(xiàn)狀在夏鵬飛，李國(guó)清，夏斌，朱近康發(fā)表的題為“CDMA通信系統(tǒng)中的多用戶檢測(cè)”一文(見現(xiàn)代電信科技，1999，3(3)34-38)中進(jìn)行了系統(tǒng)綜述，從中可以看到現(xiàn)有多用戶檢測(cè)器中存在的上述方面的主要問題和缺點(diǎn)。
針對(duì)上述現(xiàn)有的多用戶檢測(cè)器的不足，本發(fā)明第一個(gè)目的是提出一種新的抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)方法，本發(fā)明的任務(wù)可概括為以下兩方面
1)本發(fā)明多用戶檢測(cè)方法將同時(shí)考慮多址干擾和多徑干擾的影響，在抑制多址干擾影響的同時(shí)，同時(shí)也具有比傳統(tǒng)的RAKE接收機(jī)好得多的抗多徑干擾性能；2)在不降低性能的前提下，盡量降低運(yùn)算復(fù)雜度，以利于實(shí)際應(yīng)用中的具體實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種實(shí)現(xiàn)上述方法的多用戶檢測(cè)裝置。
為實(shí)現(xiàn)第一個(gè)目的，本發(fā)明在考慮多徑干擾影響的情況時(shí)，利用同一用戶的多徑信號(hào)間的強(qiáng)相關(guān)特性，將每個(gè)用戶的n條徑等效看作為n個(gè)關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)的信號(hào)，在每條多徑信號(hào)為窄帶信號(hào)、且同一用戶的多徑時(shí)延差很小的情況下，將同一用戶的n條多徑信號(hào)視為近似相等。
本發(fā)明提出的抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)方法，包括以下步驟
1)接收信號(hào)經(jīng)多徑分離模塊后，輸出為多徑分離信號(hào)
(y11，…，y1L，y21，…，y2L，…，yK1…，yKL)，其中K為用戶數(shù)、L為每個(gè)用戶的多徑數(shù)；
2)相關(guān)生成器產(chǎn)生的相關(guān)矩陣R、加權(quán)系數(shù)cmn送入簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣生成器后，生成簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣
送入矩陣變換模塊后，再生成變換矩陣
3)將信號(hào)(y11，…，y1L，y21，…，y2L，…，yK1，…，yKL)送入矩陣變換模塊，經(jīng)矩陣變換后輸出為K個(gè)用戶經(jīng)多徑合并后的信號(hào)
，所述輸出信號(hào)
與輸入信號(hào)(y11，…，y1L，y21，…，y2L，…，yK1，…，yKL)滿足以下關(guān)系
其中，
Y＝[y11(t)，…，y1L(t)，y21(t)，…，y2L(t)，…，yK1(t)，…，yKL(t)]T
(i，m＝1，2，…K，j＝1，2，…L)為
的轉(zhuǎn)置矩陣
為對(duì)應(yīng)K個(gè)用戶的輸出信號(hào)，Y為對(duì)應(yīng)K個(gè)用戶的KL條路徑的接收信號(hào)向量矩陣，
為該KL條路徑間的簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣，與該簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣
中元素
相關(guān)的參數(shù)有cmn，rij，mn，其中，cmn表示第m個(gè)用戶的第n條徑的幅值增益，rij，mn為第i個(gè)用戶的第j條徑信號(hào)與第m個(gè)用戶的第n條徑信號(hào)的互相關(guān)系數(shù)；
4)輸出信號(hào)
送入符號(hào)判決模塊進(jìn)行符號(hào)軟判決。
為實(shí)現(xiàn)第二個(gè)發(fā)明目的，本發(fā)明提出的多用戶檢測(cè)器，包括簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣生成器和矩陣變換模塊；簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣生成器產(chǎn)生簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣
，矩陣變換模塊再根據(jù)簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣
生成變換矩陣
與現(xiàn)有其他的多用戶檢測(cè)方法相比，本發(fā)明同時(shí)考慮多徑干擾和多址干擾的影響，并作了統(tǒng)一的處理；且利用同一用戶的多徑信號(hào)間的強(qiáng)相關(guān)特性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多用戶檢測(cè)和多徑分集接收，并具有較小的運(yùn)算復(fù)雜度，運(yùn)算復(fù)雜度僅僅與用戶數(shù)K和多徑數(shù)L的乘積成線性關(guān)系。本發(fā)明抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)器的顯著優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為在抑制多址干擾影響的同時(shí)，可獲得較高的分集增益，具有比傳統(tǒng)的RAKE接收機(jī)好得多的抗多徑多址干擾性能。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)說明。


圖1為一種現(xiàn)有的線性多用戶檢測(cè)器在擴(kuò)頻接收機(jī)中典型應(yīng)用的方框圖2為本發(fā)明抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)器在擴(kuò)頻接收機(jī)中典型應(yīng)用的方框圖。
圖3為本發(fā)明抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖1所示的現(xiàn)有線性多用戶檢測(cè)器在擴(kuò)頻接收機(jī)中典型應(yīng)用。K個(gè)用戶的解擴(kuò)單元模塊12構(gòu)成多徑分離模塊10，多徑分離模塊10利用擴(kuò)頻碼生成器13產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼，對(duì)接收信號(hào)11進(jìn)行解擾解擴(kuò)。線性多用戶檢測(cè)器22位于多徑分離模塊10和RAKE合并模塊30之間，其輸入為來自K個(gè)用戶解擴(kuò)單元模塊12的多徑信號(hào)(y11，…，y1L，y21，…，y2L，…，yK1，…，yKL)，其輸出(x11，x1L，x21，…，x2L，…，xK1，…，xKL)將進(jìn)入K個(gè)用戶的RAKE合并模塊30，再用于后續(xù)的符號(hào)判決模塊40進(jìn)行符號(hào)軟判決。由圖1可見，線性多用戶檢測(cè)器22的輸入多徑數(shù)目為K×L(即用戶數(shù)K×每個(gè)用戶的多徑數(shù)L)，輸出的多徑數(shù)目同樣為K×L條。在進(jìn)行多用戶檢測(cè)的過程中還需依賴于相關(guān)生成器21產(chǎn)生的有關(guān)數(shù)據(jù)，如各徑信號(hào)的相關(guān)矩陣、加權(quán)系數(shù)等。
對(duì)于在多徑分離后、RAKE合并前進(jìn)行的線性多用戶檢測(cè)器22，傳統(tǒng)的做法是將K個(gè)用戶數(shù)(每個(gè)用戶的多徑數(shù)為L(zhǎng))總共KL條徑的信號(hào)等效看作為KL個(gè)不同用戶的信號(hào)，用KL個(gè)信號(hào)同步的解擴(kuò)單元模塊12對(duì)接收信號(hào)解擴(kuò)，在此情況下，線性多用戶檢測(cè)器22接收端的接收信號(hào)可用下式表示
Y＝RWX+N (1)
其中，
Y＝[y11(t)，…，y1L(t)，y21(t)，…，y2L(t)，…，yK1(t)，…，yKL(t)]T
R＝[rij，mn]KL×KL i，m＝1，2，…K，j，n＝1，2，…L
W＝diag[c11，…，c1L，c21，…，c2L，…，cK1，…，cKL]
X＝[x11(t-t11)，…，x1L(t-t1L)，x21(t-t21)，…，x2L(t-t2L)，…，xK1(t-tK1)，…，xKL(t-tKL)]T
N＝[n11(t)，…，n1L(t)，n21(t)，…，n2L(t)，…，nK1(t)，…，nKL(t)]T
式(1)中Y為對(duì)應(yīng)K個(gè)用戶的KL條路徑的接收信號(hào)向量矩陣，R為該KL條路徑間的相關(guān)矩陣，W為該KL條路徑幅值增益構(gòu)成的對(duì)角陣，X為該KL條路徑對(duì)應(yīng)的用戶信號(hào)，N為該KL條路徑對(duì)應(yīng)的隨機(jī)噪聲。在相關(guān)矩陣R中，其第ij，mn個(gè)元素rij，mn為第i個(gè)用戶的第j條徑信號(hào)與第m個(gè)用戶的第n條徑信號(hào)的互相關(guān)系數(shù)；W和X中的cij，tij分別表示第i個(gè)用戶的第j條徑的幅值增益和時(shí)間延遲。
多用戶檢測(cè)器的基本含義就是由接收信號(hào)向量矩陣Y得到用戶實(shí)際信號(hào)向量矩陣X的估計(jì)。對(duì)于如式(1)所示的接收多用戶信號(hào)，現(xiàn)有的線性多用戶檢測(cè)器22均可用如下所示的關(guān)系式表示
X＝(RW)-1Y (2)
圖1所示的擴(kuò)頻接收機(jī)采用的即為如式(2)所示的一種線性多用戶檢測(cè)器。
如圖1、式(2)所示的多用戶檢測(cè)器的缺點(diǎn)是①當(dāng)KL增加時(shí)，隨機(jī)噪聲的幅度將隨著增大，并且當(dāng)K、L較大時(shí)，隨機(jī)噪聲的提升幅度將隨著K、L的增加而迅速增大，將導(dǎo)致多用戶檢測(cè)器的性能急劇惡化；②進(jìn)一步地，由于相關(guān)矩陣R的維數(shù)一般較高，并可能為奇異矩陣，因此僅利用式(2)將不能得到得到X的估計(jì)，為此，可能還需引入附加的約束條件；③其運(yùn)算復(fù)雜度與K2×L2(即用戶數(shù)與多徑數(shù)乘積的平方)成線性關(guān)系。
針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出如圖2描述的一種新的抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)器在擴(kuò)頻接收機(jī)中典型應(yīng)用。
同樣，K個(gè)用戶的解擴(kuò)單元模塊12構(gòu)成多徑分離模塊10，多徑分離模塊10利用擴(kuò)頻碼生成器13產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼，對(duì)接收信號(hào)11進(jìn)行解擾解擴(kuò)。本發(fā)明抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)器20位于多徑分離模塊10之后，其輸入為來自K個(gè)用戶解擴(kuò)單元模塊12的多徑信號(hào)(y11，…，y1L，y21，…，y2L，…，yK1，…，yKL)，其輸出為K個(gè)用戶經(jīng)多徑合并后的信號(hào)
，將用于后續(xù)的符號(hào)判決模塊40進(jìn)行符號(hào)軟判決。由圖2可見，該抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)器20的輸入多徑數(shù)目為K×L(即用戶數(shù)K與每個(gè)用戶的多徑數(shù)L的乘積)，輸出的路徑數(shù)目為K(即用戶數(shù)K，每一用戶輸出一路)，在進(jìn)行多用戶檢測(cè)的過程中同樣需依賴于相關(guān)生成器21產(chǎn)生的有關(guān)數(shù)據(jù)，如各徑信號(hào)的相關(guān)矩陣、加權(quán)系數(shù)等。
在該抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)器20中，將同時(shí)考慮多徑干擾和多址干擾的影響，利用同一用戶的多徑信號(hào)間的強(qiáng)相關(guān)特性，對(duì)多用戶檢測(cè)器進(jìn)行相應(yīng)的合理簡(jiǎn)化，使其運(yùn)算復(fù)雜度僅僅與K×L(即用戶數(shù)與多徑數(shù)的乘積)成線性關(guān)系。
本發(fā)明抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)器的具體實(shí)現(xiàn)可描述如下
本發(fā)明利用同一用戶的多徑信號(hào)間的強(qiáng)相關(guān)特性，對(duì)如式(2)所示的多用戶檢測(cè)器進(jìn)行了合理簡(jiǎn)化。由于解擴(kuò)后的用戶信號(hào)為窄帶信號(hào)，并且同一同戶的多徑信號(hào)xm1(t-tm1)，…，xmL(t-tmL)間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，在同一用戶的多徑時(shí)延差很小的情況下，可認(rèn)為xm1(t-tm1)，…，xmL(t-tmL)是相等的，在此前提下對(duì)式(1)作進(jìn)一步簡(jiǎn)化，于是有
其中，Y和N與式(1)中相同，它們?yōu)镵L×1階的信號(hào)向量矩陣；
為一個(gè)K×1階的信號(hào)向量矩陣；簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣
為一個(gè)KL×K階矩陣，
(i，m＝1，2，…K，j＝1，2，…L)，其第ij，m個(gè)元素
與式(1)中的cmn，rij，mn滿足如下關(guān)系式
由式(3)可求得
在最小均方誤差準(zhǔn)則下的最佳估計(jì)為
其中，
(i，m＝1，2，…K，j＝1，2，…L)為
的轉(zhuǎn)置矩陣。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的即為式(5)所示的抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)器20，其具體構(gòu)成如圖3所示。該多用戶檢測(cè)器20包括簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣生成器201、矩陣變換模塊202。其中，簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣生成器201實(shí)現(xiàn)的即為式(5)中的簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣
，它基于相關(guān)生成器21的有關(guān)數(shù)據(jù)，如相關(guān)矩陣R、加權(quán)系數(shù)cmn；矩陣變換模塊202實(shí)現(xiàn)的即為式(5)中的變換矩陣
。多徑信號(hào)(y11，…，y1L，y21，…，y2L，…，yK1，…，yKL)經(jīng)過矩陣變換模塊202后即可得到K個(gè)用戶經(jīng)多徑合并后的信號(hào)
由式(5)及圖2、圖3可見，該多用戶檢測(cè)器的運(yùn)算復(fù)雜度與K×L(即用戶數(shù)與多徑數(shù)的乘積)成線性關(guān)系。而同類型的多用戶檢測(cè)器，如式(2)及圖1所示，其運(yùn)算復(fù)雜度與K2×L2(即用戶數(shù)與多徑數(shù)乘積的平方)成線性關(guān)系。
該抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)器20可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多用戶檢測(cè)和多徑分集接收，并具有較小的運(yùn)算復(fù)雜度。它可在抑制多址干擾影響的同時(shí)，獲得較高的分集增益。同時(shí)，由于對(duì)多徑和多址干擾影響進(jìn)行了統(tǒng)一和綜合處理，與將多用戶檢測(cè)和RAKE接收分開分別進(jìn)行處理的情況相比較，該抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)器具有更好的性能，且運(yùn)算復(fù)雜度僅僅和用戶數(shù)與多徑數(shù)的乘積成線性關(guān)系。
由于該抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)器的每路輸出信號(hào)等效于同類型多用戶檢測(cè)器(即在多徑分離后、Rake合并前進(jìn)行的多用戶檢測(cè)器)中經(jīng)過多用戶檢測(cè)及RAKE合并后的信號(hào)，因此可認(rèn)為抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)器融合了傳統(tǒng)的多用戶檢測(cè)器與RAKE合并的功能。
權(quán)利要求
1、一種抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)方法，包括以下步驟
1)接收信號(hào)經(jīng)多徑分離模塊(10)后，輸出為多徑分離信號(hào)(y11，…，y1L，y21，…，y2L，…，yK1，…，yKL)，其中K為用戶數(shù)、L為每個(gè)用戶的多徑數(shù)；
2)相關(guān)生成器(21)產(chǎn)生的相關(guān)矩陣R、加權(quán)系數(shù)cmn送入簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣生成器(201)后，生成簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣
送入矩陣變換模塊(202)后，再生成變換矩陣
3)將信號(hào)(y11，…，y1L，y21，…，y2L，…，yK1，…，yKL)送入矩陣變換模塊(202)，經(jīng)矩陣變換后輸出為K個(gè)用戶經(jīng)多徑合并后的信號(hào)
，所述輸出信號(hào)
與輸入信號(hào)(y11，…，y1L，y21，…，y2L，…，yK1，…，yKL)滿足以下關(guān)系其中，Y＝[y11(t)，…，y1L(t)，y21(t)，…，y2L(t)，…，yK1(t)，…，yKL(t)]T
(i，m＝1，2，…K，j＝1，2，…L)為
的轉(zhuǎn)置矩陣
為對(duì)應(yīng)K個(gè)用戶的輸出信號(hào)，Y為對(duì)應(yīng)K個(gè)用戶的KL條路徑的接收信號(hào)向量矩陣，
為該KL條路徑間的簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣，與該簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣
中元素
相關(guān)的參數(shù)有cmn，rij，mn，其中，cmn表示第m個(gè)用戶的第n條徑的幅值增益，rij，mn為第i個(gè)用戶的第j條徑信號(hào)與第m個(gè)用戶的第n條徑信號(hào)的互相關(guān)系數(shù)；
4)輸出信號(hào)
送入符號(hào)判決模塊(40)進(jìn)行符號(hào)軟判決；
以上i，j，m，n，K，L均為自然數(shù)。
2、如權(quán)利要求1所述的一種抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)方法，其特征在于所述多徑分離模塊(10)利用擴(kuò)頻碼生成器(13)產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼，對(duì)接收信號(hào)(11)進(jìn)行解擾解擴(kuò)，輸出所述的多徑分離信號(hào)。
3、一種抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)器，其特征在于包括簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣生成器(201)和矩陣變換模塊(202)；簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣生成器(201)產(chǎn)生簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣
，矩陣變換模塊(202)再根據(jù)簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣
生成變換矩陣
4、如權(quán)利要求3所述的一種抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)器，其特征在于所述矩陣變換模塊(202)的輸入信號(hào)為多徑分離信號(hào)(y11，…，y1L，y21，…，y2L，…，yK1…，yKL)，其中K為用戶數(shù)、L為每個(gè)用戶的多徑數(shù)；所述矩陣變換模塊(202)的輸出信號(hào)為K個(gè)用戶經(jīng)多徑合并后的信號(hào)
。
5、如權(quán)利要求3所述的一種抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)器，其特征在于所述簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣生成器(201)的輸入數(shù)據(jù)為相關(guān)矩陣R、加權(quán)系數(shù)cmn，
全文摘要
一種抗多徑路徑相關(guān)多用戶檢測(cè)方法,該方法為接收信號(hào)經(jīng)多徑分離模塊輸出多徑分離信號(hào),簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣生成器生成簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣R;R送入矩陣變換模塊后,再生成變換矩陣(RTR)－1RT;將多徑分離信號(hào)送入矩陣變換模塊,經(jīng)矩陣變換后輸出為多徑合并后的信號(hào),最后送入符號(hào)判決模塊進(jìn)行符號(hào)軟判決。本發(fā)明多用戶檢測(cè)器,包括上述的簡(jiǎn)化相關(guān)矩陣生成器和矩陣變換模塊。本發(fā)明同時(shí)考慮多徑干擾和多址干擾的影響,并具有較小的運(yùn)算復(fù)雜度。
文檔編號(hào)H04B1/707GK1264262SQ9912441
公開日2000年8月23日 申請(qǐng)日期1999年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月10日
發(fā)明者張斌 申請(qǐng)人:深圳市中興通訊股份有限公司