一種集解擾解擴於一體的小區間幹擾消除接收機的製作方法

2023-07-15 05:59:16 1

專利名稱：一種集解擾解擴於一體的小區間幹擾消除接收機的製作方法
技術領域：
本發明涉及直接序列擴頻通信領域，具體的說涉及直接序列擴頻碼分多址接入(DS-CDMA, Direct-Sequence Code Division Multiple Access)系統中 的小區間幹擾消除接收機。
背景技術：
在3GPPLTE系統中，諾基亞(Nokia)公司於MMSE均衡接收機提出 了考慮幹擾相關特性的接收機結構，主要特點是在列寫接收信號相關矩陣時 考慮了幹擾信號的時間相關性。這種接收機在單發單收系統中被稱為2i類 接收機。以單發單收系統為例，系統使用擴頻因子為F，過採樣率為乂，信道最 大多徑時延為L個採樣點(r個chip)，如

圖1所示，是單發單收直接序列 擴頻CDMA系統的發射機結構示意圖，發射機對b進行編碼調製之後，經 加擾加擴之後，輸出d。此時的系統模型可以寫成r(w) = H d(/w) + Z H々. d//w) + n(i)其中M是幹擾小區個數；formula see original document page 7(附.F + F — l)f是期望 發射信號及其之前有拖尾千擾的碼片；formula see original document page 7是期望小區信道矩陣，其中是信道抽頭延時線模型的過採樣表示； 同樣的，d,(加)是第j個幹擾小區的發射信號，H力是第j個幹擾小區的信道轉移矩陣；n是加性高斯白噪聲。2i類接收機使用線性MMSE均衡並考慮幹擾信號的特徵，針對d的第D 個元素的均衡器表達式為formula see original document page 8其中，H.^是指取H的第D列。2i類接收機的結構框圖如圖2所示，均衡器只針對多徑信道和鄰小區幹 擾，均衡器之後還需要解擾解擴解調解碼的操作。圖2中均衡器的表達式為formula see original document page 8與2i類接收機類似的還有2類接收機。與2i類接收機的不同之處在於 沒有考慮千擾的存在。2i類接收機考慮了千擾的時間相關性，在接收信號的相關矩陣R"^[r.,]中包括了幹擾信號的自相關特性iX.H/ 。但是相關矩陣的 獲得忽略了發射信號d的時間相關特性和幹擾iS'信號的時間相關特性。在直擴系統中，從屬於同一個符號的多個碼片之間是具有強相關性的，而在2i類接收機中接收信號相關矩陣的列寫顯然將i;[d.d"]和《d,d/]當作了單位矩陣I。這在直擴系統中是不太準確的近似。發明內客本發明所要解決的技術問題在於，本發明提供一種集解擾解擴於一體 的小區間幹擾消除接收機，利用幹擾的相關特性進行幹擾消除，有效減小 系統複雜度,，本發明提供一種集解擾解擴於一體的小區間幹擾消除接收機，包括一 個解調/解碼模塊和天線，特點在於，還包括一個連接於所述解調/解碼才莫塊與所述天線之間的均衡器，所述均衡器在對天線數據進行多徑均衡時，還同 時進行解擾解擴的操作，將均衡結果直接輸出至解調/解碼模塊用於解調和 解碼。進一步地，所述小區間幹擾消除機具有如下的系統模型 r(加)=H. C(m). X(w) + J] H々.C; (m). Xy (附)+ n其中，X(咖formula see original document page 9r是發射符號以及對其有拖尾幹十l)，…，;c(7M)擾的已發射符號，擴頻因子為F，過採樣率為氣，信道最大多徑時延為L個 採樣點，對應Z'個碼片chip;廠孺卜，C(/w)包括了擴頻碼和擾碼的信息，C(;n)-formula see original document page 9類似的可以寫出幹擾信號符號級表達式X, (m)和擴頻碼、擾碼信息formula see original document page 9是期望小區信道矩陣，其中、，)是信道抽頭延時線模型的過採樣表示；H ,是第j個幹擾小區的信道轉移矩陣；ii是加性高斯白噪聲。 進一步地，所述系統模型下的線性MMSE均衡器的表達式為 G=argmin(|Gr-X|2)-(H.C(附)f .((H.C(加)).(H.C(w)f十f;(H々.C乂(m)).(H々 C/zw))" +<721)_1 °聲i進一步地，所述均衡器在所有千擾源的信道轉移矩陣H ,,和千擾小區的擾碼和擴頻碼信息C,都為已知時，其對應接收信號的相關矩陣為 R"(加)-E[r(附).,(附)]=(H.C(附)).(H.C(附))r +|](H々.C一)).(H々.C一)f +cr2I ，聲l均衡矩陣為GD =(H.C(/n).Af 'Rrr—r1 。進一步地，所述均衡器在計算相關矩陣求逆時，利用矩陣求逆引理來降低矩陣求逆的操作，即利用公式(A + UBV)-1 = A-A—U(I + BVA-力)-'BVA-'進行 計算(1)定義幹擾噪聲相關矩陣為R, =|](1^,(^(—).(11々.0:;(附))7+0"21;乂=1(2 )使用迭代的方法求解矩陣11 的逆的過程中進行A^+1次形如(I + (H,, .C,f .P, .H力.C,)-'的矩陣求逆，這種矩陣的維度為( 即利用如下偽碼求解RJ:何/《Ql;,、/-l)Cm/R,'=P0Rj = R廠1 — B廠1. H. C. (I + (H. . R/1. H. C)-1 (H. C)" . R廠1 。二 71)本發明還提供另一種集解擾解擴於一體的小區間幹擾消除接收機，包括第 一解調/解碼模塊、第一天線、第二解調/解碼模塊、第二天線，特點在於， 還包括一個連接於所述解調/解碼模塊與所述天線之間的均衡器，其與第一 天線和第一解調/解碼模塊相連構成第一接收支路，與第二天線和第二解調/ 解碼模塊相連構成第二接收支路，該均衡器在對天線數據進行多徑均衡時，還同時進行解擾解擴的操作，將均衡結果直接輸出至對應的解調/解碼模塊 用於解調和解碼。進一步地，所述小區間幹擾消除機具有如下的系統模型 r(附)=H. C(加).X(加)+ ￡ H々.C; (/ ). Xy (附)+ n 其中formula see original document page 11是發射符號以及對其有拖尾幹擾的已發射符號; h=— —l是期望小區信道矩陣，formula see original document page 11是第j根發天線到第i根收formula see original document page 11天線之間多徑信道的表示，其中h'^(m)是信道抽頭延時線模型的過採樣表示；C(w)包括了擴頻碼和擾碼的信息，C(/w)=formula see original document page 11formula see original document page 12類似的可以寫出幹擾信號符號級表達式X,(/w)和擴頻碼、擾碼信息C乂(m),進一步地，所述系統模型下的線性MMSE均衡器的表達式為 G = argmin(|Gr-X|2);GG = R R"1=[H.C(/n)]w .{[H.C(w)].[H.C(/n)r +f][H々.C,(附)].[H々.C,(附)f +0"21}_1 °進一步地，所述均衡器在所有幹擾源的信道轉移矩陣H /;和幹擾小區的擾碼和擴頻碼信息C,都為已知時，其對應接收信號的相關矩陣為 B^(咖《r(n0.,(附)]=(H.C(w)).(H.C +f;(H々.C) .C一)f +ct2I ， 均衡矩陣為G。 -(H.C^).^, .Rrr(m)-1 。進一步地，所述均衡器在計算相關矩陣求逆時，利用矩陣求逆引理來降 低矩陣求逆的操作，即利用公式(A + UBV)-1 = A-^A-!U(I + BVA-'U)-'BVA^進行計算(1 )定義幹擾噪聲相關矩陣為=f;(HrC;(m)).(H/;.C;(/n))7"+cr2I;(2 )使.用迭代的方法求解矩陣R 的逆的過程中進行iV, +1次形如(I + (H力.C,f .l，, .H,, -C》-1的矩陣求逆，這種矩陣的維度為(formula see original document page 13即利用如下偽碼求解R,formula see original document page 13本發明所述接收機利用幹擾的相關特性進行幹擾消除，有效減小系統 複雜度。在進行幹擾消除操作時，使用大矩陣求逆的操作，通過迭代使用 矩陣求逆引理簡化大矩陣的求逆操作。附田說明圖1是單發單收直接序列擴頻CDMA系統的發射機結構示意圖；圖2是常用的2i類幹擾消除接收機的結構框圖；圖3是本發明實施例中2ii類幹擾消除接收機的結構框圖；圖4是單發單收直接序列擴頻CDMA系統在使用本發明提供的2ii類接 收機時的等效信道分析示意；圖5是2發2收直接序列擴頻CDMA系統的發射機結構示意圖； 圖6是2發2收直接序列擴頻CDMA系統2ii類幹擾消除接收機的結構 框圖；圖7是兩種幹擾消除接收機在1發1收系統， 一個千擾源，信道^f莫型如 表所示時的仿真結果；圖8是兩種幹擾消除接收機在1發1收系統， 一個幹擾源，使用ITU-PB 信道模型時的仿真結果；圖9是兩種幹擾消除接收機在1發1收系統， 一個幹擾源，使用ITU-PA 信道模型時的仿真結果；圖IO是兩種幹擾消除接收機在1發1收系統，兩個幹擾源，信道模型 如表所示時的仿真結果；圖11是兩種千擾消除接收機在2發2收系統，一個幹擾源，使用ITU-PB 信道模型時的仿真結果。
具體實施方式
下面結合附圖及具體實施例對本發明的技術方案做進一步詳細說明。由於需要精確描述幹擾的統計特性，我們需要對信道轉移矩陣進行重 寫，從而催生出一種新的接收機種類，我們可以將其命名為"2ii類接收機"。如圖3所示，顯示了 2ii類幹擾消除接收機的結構框圖，與圖2所示的 2i類接收機相比，在2ii類幹擾消除接收機中，均衡器的操作將均衡和解擾、 解擴操作結合在一起，經均衡器輸出的均衡結果直接用於解調和解碼。如圖4所示，顯示了單發單收直接序列擴頻CDMA系統在使用本發明提供的2ii類接收機時的等效信道分析示意圖。將發射端的擴頻和加擾操作與實際的多徑信道合起來考慮為等效的信道，這樣均衡器需要在均衡多徑影響的同時完成解擾和解擴的操作。 重寫系統模型如下formula see original document page 14其中，formula see original document page 14是發射符號以及對其有拖尾幹擾的已發射符號;C(加)包括了擴頻碼和擾碼的信息，《證'0C 「C(/n)=0 c0 0m—l，O0 c0 c一類似的可以寫出幹擾信號符號級表達式X, (w)和擴頻碼、擾碼信息在此種系統模型下的線性MMSE均衡器的表達形式是 G = argmi:n(|Gr-X|2)G-(H.C(m)f .((H.C(附)).(H.C(附))r十堂(H々'C一)).(H々.C)(附)f +o"2I)-聲i在DS-CDMA-MIMO系統中同樣可以用類似的方式使用2ii類接收機， 如圖5所示，顯示了 2發2收系統中的發射結構示意圖，而圖6則顯示了對 應的2ii類接收機的結構示意圖，均衡器的表達式為G2,7 =[H.C(m)]w .([H.C(附)].[H.C(m)]r + 2[H々..C,(附)].[H々.C,(w)]r +o"2I}_1其系統模型如下r(w) = H. C(附).X(ffi) + S H々 Cy . X乂 (/n) + n 其中X(/n)=X' (7W —7)，x,(m —7+ l)，.",x1O0，x2(m-二二 T7+ l)，..'，x2(/w)是發射符號以及對其有拖尾幹擾的已發射符號;是期望小區信道矩陣，formula see original document page 16
是第j根發天線到第i根收天線之間多徑信道的表示，其中h^("D是信道抽頭延時線模型的過採樣表示；c(w)包括了擴頻碼和擾碼的信息，c(w):formula see original document page 16類似的可以寫出幹擾信號符號級表達式X/m)和擴頻碼、擾碼信息C,(/w), 在此種系統模型下的線性MMSE均衡器的表達形式是 G = argmin(|Gr-X|2)formula see original document page 16如果所有幹擾源的信道轉移矩陣H 和幹擾小區的擾碼和擴頻碼信息 C,已知，此時接收信號的相關矩陣為 R"(李《r(附).r"(/w)]=(H.C(m)).(H.C(m)y十堂(H々.C一)).(H々.C一)f +o"2I 均衡矩陣為由於擾碼在不同符號上是不同的，相關矩陣RJw)在不同符號上也是不同的，所以均衡器的計算需要每符號進行一次。接收信號的相關矩陣的維度是(F.乂).(F.乂)，可想而知，這個矩陣是相當大的，如果直接進行矩陣求逆，矩陣求逆操作在UE端將佔據相當大部分的複雜度。這裡我們可以運用矩陣求逆引理降低矩陣求逆的操作(A + UBV)-1 = A-1 - A-111(1 + BVA-'IO-'BVA-1定義幹擾噪聲相關矩陣 R, =f](H/; .C,棉.(H, .C )r +(72I使用下面這段偽碼求解Rj :/or (z'US:l;/ = M)P,—, = P, .H力.C,. -(I + (Hfl .C,.f .P,. .H力..C,)-' .(H力.C,y .P,.em/R 1 = R廠1 - B廠1 H C (I + (H C)w R廠1 H C)" . (H. C)" R,1從上幾式中可以看出，使用迭代的方法求解矩陣R 的逆的過程中只需要進行^+1次形如(1+(11力《)//^,,11,,,<:,)-1的矩陣求逆，這種矩陣的維度為7二 7.1)，在直擴系統中，這個數值一般遠遠小於矩陣議 的維度這樣就避免了大矩陣求逆操作，有效的降低了複雜度'下面是用仿真結果說明本發明的優點。仿真使用參數收發天線1， 16QAM調製，Turbo1/2編碼，幹擾信號 時偏為O,幹擾小區與目標小區信號使用同樣的擴頻碼，仿真使用信道模型 第一種的時延功率i瞽如表1所示，後兩種參考ITU模型的PB和PA模型。在仿真中比較了前面提到的2類、2i類和各種2ii類接收機。表l:仿真用信道模型1時延(ns )功率UB)1002260誦4.331040-6.644690-2.057290-7.0614580-7.5單發單收系統下，擴頻因子為32,考慮一個強千擾源，SIR = 0dB，使 用上面表l中的信道才莫型，仿真結果如圖7所示。單發單收系統下，擴頻因子為32，考慮一個強幹擾源，SIR = 0dB,使 用ITU-PB信道，仿真結果如圖8所示。單發單收系統下，擴頻因子為32,考慮一個強幹擾源，SIR = 0dB，使 用ITU-PA信道，仿真結果如圖9所示。單發單收系統下，擴頻因子為32，考慮兩個強幹擾源，S/i 1=3^, S/i 2=6^，仿真結果如圖io所示。2發2收系統下，擴頻因子16,天線間相關係數為0, —個幹擾源， SIR為0dB，仿真結果如圖11所示。
權利要求
1. 一種集解擾解擴於一體的小區間幹擾消除接收機，包括一個解調/解碼模塊和天線，其特徵在於，還包括一個連接於所述解調/解碼模塊與所述天線之間的均衡器，所述均衡器在對天線數據進行多徑均衡時，還同時進行解擾解擴的操作，將均衡結果直接輸出至解調/解碼模塊用於解調和解碼。
2、 如權利要求1所述的小區間幹擾消除接收機，其特徵在於，所述小 區間幹擾消除機具有如下的系統模型formula see original document page 2其中，formula see original document page 2 是發射符號以及對其有拖尾幹擾的已發射符號，擴頻因子為F,過採樣率為乂，信道最大多徑時延為L個 採樣點，對應L'個碼片chip; C(w)包括了擴頻碼和擾碼的信息formula see original document page 2 類似的可以寫出幹擾信號符號級表達式X, (W)和擴頻碼、擾碼信息c,(附)；formula see original document page 3是期望小區信道矩陣，其中、a.+D是信道-抽頭延時線模型的過採樣表示;h ,是第j個幹擾小區的信道轉移矩陣；n是加性高斯白噪聲。
3、 如權利要求2所述的小區間幹擾消除接收機，其特徵在於，所述系 統模型下的線性MMSE均衡器的表達式為formula see original document page 3
4、 如權利要求3所述的小區間幹擾消除接收機，其特徵在於，所述均衡器在所有千擾源的信道轉移矩陣H y和幹擾小區的擾碼和擴頻碼信息C,都為已知時，其對應接收信號的相關矩陣為formula see original document page 3均衡矩陣為formula see original document page 3
5、 如權利要求4所述的小區間幹擾消除接收機，其特徵在於，所述均 衡器在計算相關矩陣求逆時，利用矩陣求逆引理來降低矩陣求逆的操作，即 利用公式formula see original document page 3進行計算(1 )定義幹擾噪聲相關矩陣為formula see original document page 3(2 )使用迭代的方法求解矩陣Rn的逆的過程中進行乂+l次形如formula see original document page 3的矩陣求逆，這種矩陣的維度為formula see original document page 3即利用如下偽碼求解R:': Rrr-1formula see original document page 4
6、 一種集解擾解擴於一體的小區間幹擾消除接收機，包括第一解調/ 解碼模塊、第一天線、第二解調/解碼模塊、第二天線，其特徵在於，還包 括一個連接於所述解調/解碼模塊與所述天線之間的均衡器，其與第一天線 和第一解調/解碼模塊相連構成第一接收支路，與第二天線和第二解調/解碼 模塊相連構成第二接收支路，該均衡器在對天線數據進行多徑均衡時，還同 時進行解擾解擴的操作，將均衡結果直接輸出至對應的解調/解碼模塊用於 解調和解碼。
7、 如權利要求6所述的小區間幹擾消除接收機，其特徵在於，所述小 區間幹擾消除機具有如下的系統模型formula see original document page 4 其中formula see original document page 4是發射符號以及對其有拖尾幹擾的已發射符號；H11 H12 H21 H22是期望小區信道矩陣，formula see original document page 4是第j根發天線到第i根收天線之間多徑信道的表示，其中1|《^+1)是信道抽頭延時線模型的過採樣表示；C(w)包括了擴頻碼和擾碼的信息，formula see original document page 5類似的可以寫出幹擾信號符號級表達式X;(/ )和擴頻碼、擾碼信息 C乂(/n)。
8、如權利要求7所述的小區間幹擾消除接收機，其特徵在於，所述系統模型下的線性MMSE均衡器的表達式為 G = argmin(|Gr-X|2);一i-[H.C(附)]".{[H.C(/ )].[H-C(m)]r +￡[H々.C乂(附)HH々+o"2I}-'
9、如權利要求8所述的小區間幹擾消除接收機，其特徵在於，所述均衡器在所有幹擾源的信道轉移矩陣H &和幹擾小區的擾碼和擴頻碼信息c,都為已知時，其對應接收信號的相關矩陣為 R打(附)-五[r(w).,(w)]=(H.C(m)).(H.C(w)f十f](H々.C//n)HH々.C/w)f +<r2I ，均衡矩陣為G。 =(H.C(w).A)w .RJ/w)-1 。
10、如權利要求9所述的小區間幹擾消除接收機，其特徵在於，所述均 衡器在計算相關矩陣求逆時，利用矩陣求逆引理來降低矩陣求逆的操作，即利用公式(A + UBV)-1 = A" - A-'U(1 + BVA-'U)-1 BVA-1進行計算(1)定義幹擾噪聲相關矩陣為R, =f;(HrC;(/w)HH/y.C7(w))r+CT2I;乂=1(2 )使用迭代的方法求解矩陣Rw的逆的過程中進行iV,+l次形如 (I + (H力.C》w -P, .H力.C,)-1的矩陣求逆，這種矩陣的維度為(即利用如下偽碼求解R,1: p =丄1/0廠(/ = ^;^1;!.=卜1)Pw = P, H,, C, .(I + (H,iP, H力.C,)-1 .(H,'. .C,.fR —1 = R/1 — R廠1 H C (I + (H C)w R廠1 H. C)-1. (H. C)" . R廠1 。+ 1).(二 7+ 1)
全文摘要
本發明公開了一種在DS-CDMA系統中的小區間幹擾消除接收機，其特點在於將接收端的解擾解擴和多徑的均衡(在多發天線系統中還包括解多天線的操作)與小區間幹擾消除操作同時進行。在進行幹擾消除操作時，需要使用大矩陣求逆的操作，由於這種集解擾解擴於一體的幹擾消除接收機列寫的信道矩陣的行數遠遠大於列數，可以迭代使用矩陣求逆引理簡化大矩陣的求逆操作。
文檔編號H04B1/707GK101272158SQ20071008823
公開日2008年9月24日 申請日期2007年3月20日 優先權日2007年3月20日
發明者王文博, 琨 肖, 慧 趙, 航 龍 申請人:中興通訊股份有限公司