專利名稱：用于對cdma系統(tǒng)中編碼信號進(jìn)行聯(lián)合檢測的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及通信系統(tǒng)，具體地說，涉及對CDMA系統(tǒng)中的編碼信號進(jìn)行聯(lián)合檢測。
背景技術(shù)：
圖1描述了支持K塊(block)發(fā)射用戶的已知CDMA系統(tǒng)的離散時間基帶模型100。這些用戶同時訪問相同的物理的、由頻率定義的信道并一塊接一塊地發(fā)射數(shù)據(jù)，每個塊具有N個碼元(symbol)。每個用戶(從1到K)都具有一系列的信息位(d(1))到d(k))要發(fā)射。首先對每個用戶的序列進(jìn)行turbo編碼，然后再分別映射到信道碼元序列s(1)到s(K)。然后這些信道碼元序列通過它們相應(yīng)的代碼C(1)到C(K)進(jìn)行傳播，每個代碼都有Q隨機(jī)芯片，并通過它們相應(yīng)的信道，這些信道具有h(1)到h(K)的脈沖響應(yīng)的特征，并帶有W抽頭的芯片級(chiplevel)。為了簡單起見，假設(shè)系統(tǒng)采用BPSK調(diào)制，這樣s(1)到s(K)就是1和-1的序列，并且物理信道是加性高斯白噪聲(AWGN)信道。
在接收末端，接收到的信號r可以表示成r=Σk=1Ks(k)C(k)⊗h(k)+n]]>=As+n]]>其中r是K個序列的和，n表示信道噪聲，每個的長度是(NQ+W-1)。
A是(NQ+W-1)×NK的矩陣，它包括a(k)=(a1(k),a2(k),...,aQ+W-1(k))=C(k)⊗h(k)]]>而s是組合K個用戶的所有碼元的合成碼元向量并按下列順序排列s=(s1(1),s1(2),...,s1(k),s2(1),s2(2),...,s2(k),s3(1),...,sN(1),...,sN(k))T]]>這里T表示轉(zhuǎn)置操作。接收到的信號r通過一組(bank)匹配濾波器，這些濾波器每個都與一個a(k)相匹配。匹配濾波器組的輸出y是對所有K個用戶所發(fā)射的信號的最小充分統(tǒng)計并可以表示為y＝AHr＝AHAs+z＝Rs+z這里y，s和z是NK×1的向量，R是NK×NK維的塊toeplitz矩陣。通過使用Cholesky分解，R可以寫成R=LLH=LnDLnH]]>這里L(fēng)是下三角矩陣，Ln表示經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化的L，其中對角線的所有元素都是一，D表示對角矩陣。
我們知道聯(lián)合檢測器是用于CDMA系統(tǒng)的最優(yōu)接收器。一種公知的聯(lián)合檢測器是用迫零線性塊均衡器(ZF-BLE)實現(xiàn)的。它的輸出可以表示為sZF-BLE=R-1y=L-HL-1y=Ln-HD-1/2y]]>
在實際應(yīng)用中，可以通過正向和反向置換(substitution)來實現(xiàn)下三角和上三角矩陣的轉(zhuǎn)換。因此，通過使用Cholesky分解，就不需要為聯(lián)合檢測進(jìn)行實際的矩陣轉(zhuǎn)換。另一種公知的聯(lián)合檢測技術(shù)是迫零塊決策反饋均衡(ZF-BDFE)，是通過根據(jù)符號字母表、在與Ln-H運(yùn)算相對應(yīng)的反向置換中使用量化的以前的樣本，從ZF-BLE導(dǎo)出的。
在考慮性能的情況下，ZF-BLE聯(lián)合檢測要忍受噪聲的增強(qiáng)，因此在頻率響應(yīng)處于低谷的糟糕的信道條件下性能非常差。ZF-BDFE聯(lián)合檢測沒有這個問題，因此性能通常要優(yōu)于ZF-BLE聯(lián)合檢測。然而，由于常規(guī)的ZF-BDFE聯(lián)合檢測中的硬決策(hard decision)是由簡單限幅器(slicer)產(chǎn)生的，因此如果所接收到的信噪比(SNR)很低，ZF-BDFE聯(lián)合檢測的性能也會降低。不幸的是，將在第三代(3G)移動系統(tǒng)中使用的turbo編碼的信號具有低的SNR。在于2001年3月2日提交的，名為“METHOD AND APPARATUS FOR JOINTDETECTION OF A CODED SIGNAL IN A CDMA SYSTEM(用于對CDMA系統(tǒng)中的編碼信號進(jìn)行聯(lián)合檢測的方法和裝置)”的序列號為09/798,305的聯(lián)合未決申請中成功地解決了這個缺陷，并在這些常規(guī)的聯(lián)合檢測器上提供了至少1dB的改善。
然而，改進(jìn)的聯(lián)合檢測器實現(xiàn)這些性能的改善是付出了計算復(fù)雜度的代價的。例如，turbo解碼需要八次迭代，改進(jìn)的聯(lián)合檢測器需要相當(dāng)于大約為常規(guī)聯(lián)合檢測器4倍的計算量。在實際應(yīng)用中，計算需求較大的設(shè)備比計算需求較小的設(shè)備的制造成本更高，并且需要更多的能量。因此，所需要的是一種用于不增加計算需求而實現(xiàn)改進(jìn)的聯(lián)合檢測器所帶來的好處的聯(lián)合檢測方法和裝置。


圖1是支持K塊發(fā)射用戶的已知CDMA系統(tǒng)的離散時間基帶模型；圖2是描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的聯(lián)合檢測器的方框圖；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的聯(lián)合檢測器所執(zhí)行步驟的邏輯流程圖；圖4是采用現(xiàn)有技術(shù)的聯(lián)合檢測器的位誤差與本發(fā)明的優(yōu)選實施例的位誤差的對比圖。
具體實施例方式
本發(fā)明實現(xiàn)了在于2001年3月2日提交的，名為“METHOD ANDAPPARATUS FOR JOINT DETECTION OF A CODED SIGNAL IN ACDMA SYSTEM(用于對CDMA系統(tǒng)中的編碼信號進(jìn)行聯(lián)合檢測的方法和裝置)”的序列號為09/798,305的聯(lián)合未決申請中所公開的顯著降低計算量的改進(jìn)的聯(lián)合檢測器的優(yōu)點，這是通過下列做法實現(xiàn)的首先，將反向置換運(yùn)算移到檢測器的解碼迭代循環(huán)之外；其次，將輸入緩存移到迭代循環(huán)之內(nèi)。反向置換運(yùn)算最初作為進(jìn)入解碼迭代循環(huán)之前的聯(lián)合檢測均衡階段的一部分執(zhí)行。然后在每個解碼迭代中，本發(fā)明產(chǎn)生一個校正信號，將它從當(dāng)前的輸入信號中減去以產(chǎn)生下一個輸入信號。每個校正信號都是從當(dāng)前迭代與以前的迭代的一系列解碼碼元的差中產(chǎn)生出來的。因此，相對于作為以前所公開的改進(jìn)的聯(lián)合檢測器而言，本發(fā)明實現(xiàn)了對常規(guī)聯(lián)合檢測器的相同的性能改善但是顯著地降低了所需要的計算量。
本發(fā)明包括一種用于在CDMA系統(tǒng)中對編碼輸入信號進(jìn)行聯(lián)合檢測的方法。這個方法包括將第一解碼器輸入信號多路分解以產(chǎn)生第一多個解碼器輸入信號分量，每個分量都與多個解碼器中的一個解碼器相對應(yīng)，并通過多個解碼器中的一個解碼器對相應(yīng)的解碼器輸入信號分量進(jìn)行解碼以產(chǎn)生當(dāng)前的一組還原碼元。當(dāng)前的一組還原碼元減去前面一組還原碼元以產(chǎn)生碼元差分。從碼元差分產(chǎn)生校正信號并將其從第一解碼器輸入信號中減去以產(chǎn)生第二解碼器輸入信號。將第二解碼器輸入信號多路分解以產(chǎn)生第二多個解碼器輸入信號分量，每個分量都與多個解碼器中的一個解碼器相對應(yīng)。每個解碼器對第二多個解碼器輸入信號分量中相應(yīng)的解碼器輸入信號分量進(jìn)行解碼以產(chǎn)生后續(xù)的一組還原碼元。
本發(fā)明還包括一種聯(lián)合檢測器裝置。這個裝置包括能夠存儲解碼器輸入信號的解碼器輸入信號緩存和多個解碼器，其中每個解碼器都能夠?qū)σ粋€解碼器輸入信號分量進(jìn)行解碼以產(chǎn)生還原碼元。裝置還包括與解碼器輸入緩存和多個解碼器相連、能夠?qū)⒔獯a器輸入信號的每個分量供應(yīng)給多個解碼器中相應(yīng)的解碼器的多路分解器；與多個解碼器相連、能夠存儲以前的還原碼元的還原碼元緩存；和與還原碼元緩存和turbo解碼器輸入緩存相連、能夠從還原碼元和以前的還原碼元產(chǎn)生第二解碼器輸入信號的校正信號生成器。
通過參看圖2和3可以更全面地了解本發(fā)明。圖2是描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的聯(lián)合檢測器的方框圖。經(jīng)過濾波的信號201優(yōu)選是匹配濾波器組的輸出，并且如同前面所定義的，它與y相對應(yīng)。在優(yōu)選的實施例中，如同在圖2中所示的，前饋均衡器205具有常規(guī)的BDFE的功能。變通地，也可以使用其它的常規(guī)聯(lián)合檢測器均衡技術(shù)(諸如線性均衡、基于最小均方差的均衡、或信道間干擾消除)來作為替代。將消除了ISI和MAI前兆(precursor)的均衡器205的輸出作為解碼迭代循環(huán)200的輸入信號。優(yōu)選地，這個輸入信號包括超級樣本塊(super block of sample)，其中每個子塊都與用戶的turbo編碼幀相對應(yīng)。輸入緩存210一次存儲一個超級樣本塊。因此，如果假設(shè)有K個具有相同比特率并使用相同的turbo編碼器的用戶，那么輸入緩存210就存儲與K個用戶的K個turbo編碼幀相對應(yīng)的超級樣本塊。
本發(fā)明使用了多個解碼器，每個解碼器都對一個解碼器輸入信號分量進(jìn)行解碼。多路分解器220將各個解碼器輸入信號分量供給相應(yīng)的解碼器。在優(yōu)選的實施例中，全位(all-bit)turbo解碼器池230包括可以在指定時間內(nèi)對K個turbo編碼幀進(jìn)行解碼的多個全位turbo解碼器。這些全位turbo解碼器是能夠在比常規(guī)turbo解碼器的計算量稍微大一些的情況下產(chǎn)生所有的編碼位的、經(jīng)過修改的常規(guī)turbo解碼器(參見聯(lián)合未決申請“TURBO DECODER WITH DECISIONFEEDBACK EQUALIZATION(帶有決策反饋均衡的TURBO解碼器)”)。這些全位turbo解碼器對相應(yīng)的解碼器輸入信號分量的所有位(即，單一的turbo編碼幀)進(jìn)行解碼以產(chǎn)生還原碼元。
優(yōu)選地，多路復(fù)用器235將來自解碼器池230的解碼器輸出多路復(fù)用到還原碼元緩存240的各個存儲器單元，還原碼元緩存240存儲由解碼器池230產(chǎn)生的還原碼元。優(yōu)選地，還原碼元緩存240的長度為與輸入緩存210中存儲的超級塊相對應(yīng)的碼元總數(shù)量。優(yōu)選地，還原碼元緩存中的每個存儲器單元只保持這個碼元的最可靠的硬決策(即，“1”或“-1”)，在實際應(yīng)用中這是與最近的迭代相關(guān)聯(lián)的，并以如下形式分配給特定的碼元(s1(1)，s1(2)，…，s1(K)，s2(1)，s2(2)，…，s2(K)，s3(1)，…，sKM(1)，…，sKM(K))這里M是turbo編碼幀的長度。換言之，特定的全位turbo解碼器輸出是存儲在固定的存儲器單元(1比特的元件)中的，并且每迭代一次存儲器元件的內(nèi)容都更新一次。
優(yōu)選地，延遲元件260和碼元減法器250包含在多路復(fù)用器235和還原碼元緩存240之間。延遲元件260確保在將當(dāng)前迭代的解碼器池還原碼元存儲在還原碼元緩存240中之前，碼元減法器250從還原碼元中減去存儲在還原碼元緩存240中的以前的還原碼元，以產(chǎn)生碼元差分。在執(zhí)行減法操作之后，將還原碼元存儲在還原碼元緩存240中以備下次解碼迭代時使用。對于第一次解碼迭代來說，優(yōu)選地，還原碼元緩存240所包含的內(nèi)容全是零。
最后，為了完成本次迭代，校正信號生成器270從碼元差分中生成校正信號，并從輸入緩存210中的以前的解碼器輸入信號中減去校正信號，從而為后續(xù)的解碼迭代產(chǎn)生解碼器輸入信號，這個信號將覆蓋輸入緩存210中的以前的解碼器輸入信號。顯然，本發(fā)明的優(yōu)選實施例可以根據(jù)需要執(zhí)行任意多次迭代以解碼輸入信號。例如，turbo編碼信號通常需要八次迭代。
下面是關(guān)于優(yōu)選解碼迭代循環(huán)200的更加精確的表達(dá)式。解碼迭代循環(huán)200的輸入可以表示為x＝y(tǒng)′-Ts，這里T=LNH-I]]>是帶狀上三角矩陣，y′＝(y′1，y′2，…，y′KM)和s＝(s1，s2，…，sKM)t分別是樣本和檢測到的K個用戶的K個turbo編碼幀的碼元。假設(shè)將T限制在不超過2K的范圍內(nèi)，也就是說對于所有的j≤i和j≥i+2K，有ti，j＝0，turbo解碼器的輸入可以寫成x1＝y(tǒng)′1-t1，2s2-t1，3s3-…-t1，2Ks2Kx2＝y(tǒng)′2-t2，3s3-t2，4s4-…-t2，2K+1s2K+1…xi＝y(tǒng)′i-ti，i+1si+1-ti，i+2si+2-…-ti，2K+i-1s2K+i-1…xKM-1＝y(tǒng)′KM-1-tKM-1，KMsKMxKM＝y(tǒng)′KM這里y’是常向量，x和s是隨turbo解碼迭代過程而變的可變向量。實際上，x和s是與在對經(jīng)過濾波的信號210(y)的解碼迭代過程中的輸入緩存210和還原碼元緩存240的內(nèi)容相對應(yīng)的。因此，當(dāng)前的迭代與以前的迭代之間的差分xi就可以表示為xin-xio=-ti,i+1(si+1n-si+1o)-ti,i+2(si+2n-si+2o)-...-ti,2K+i-1(s2K+i-1n-s2K+i-1o)]]>并且當(dāng)前的輸入可以表示為xin=xio-ti,i+1(si+1n-si+1o)-ti,i+2(si+2n-si+2o)-...-ti,2K+i-1(s2K+i-1n-s2K+i-1o)]]>這里，上標(biāo)“n”和“o”表示新(new)和舊(old)。由于turbo解碼迭代過程的作用，sio和sin趨向一致。這樣xio→xin。由于turbo解碼具有收斂性，在第一次迭代之后大部分的(sin，sio)對都變得相同了。出現(xiàn)不相等的最大數(shù)量通常不超過全部樣本的15％，并且隨著各次迭代的進(jìn)行變得越來越少。只有那些sio和sin不同的(sin，sio)對才要生成校正信號。特別地，對于每個不同的對(sin，sio)，最多會產(chǎn)生2K-1個形如ti-1，i(sin，sio)，ti-2，i(sin，sio)，…，ti-2K+1，i(sin，sio)的校正信號，分別將它們從xi-1o，xi-2o，…，xi-2K+1o中減去并存儲在輸入緩存210中以備下次迭代時使用。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的聯(lián)合檢測器所執(zhí)行步驟的邏輯流程圖300。優(yōu)選地，邏輯流程圖開始(步驟301)于用塊決策反饋均衡器來均衡(步驟302)編碼輸入信號以產(chǎn)生第一解碼器輸入信號的步驟。這個輸入信號存儲(步驟303)在turbo解碼器輸入緩存中并進(jìn)行多路分解(步驟304)以產(chǎn)生第一組解碼器輸入信號分量。然后用解碼器池中的一個解碼器對這些信號分量中的每一個進(jìn)行解碼(步驟305)并對它們進(jìn)行多路復(fù)用(步驟307)以產(chǎn)生當(dāng)前的一組還原碼元。
在存儲到還原碼元緩存之前，將一組以前的還原碼元從這些還原碼元中減去(步驟308)以產(chǎn)生碼元差分。從碼元差分產(chǎn)生(步驟309)校正信號并將其從第一解碼器輸入信號中減去(步驟310)以產(chǎn)生第二解碼器輸入信號。在這里，邏輯流程返回到步驟303以開始后續(xù)的迭代。將第二解碼器輸入信號存儲(步驟303)在輸入緩存中、對其多路分解(步驟304)并解碼(步驟305)。在圖中顯示步驟306是為了說明當(dāng)解碼結(jié)束之后這個迭代循環(huán)就停止(步驟311)了。例如，在優(yōu)選的實施例中，解碼器是turbo解碼器，解碼過程在八次迭代之后結(jié)束。
圖4是采用現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)聯(lián)合檢測器的誤碼率與本發(fā)明的優(yōu)選實施例的的誤碼率的對比圖。特別地，圖中顯示了在有15個turbo編碼用戶(即，K＝15，且解碼過程在第8次迭代之后結(jié)束)的情況下常規(guī)DFE(即，ZF-BDFE聯(lián)合檢測)和常規(guī)LE(即，ZF-BLE聯(lián)合檢測)與新的方法(即，本發(fā)明的優(yōu)選實施例)的仿真比較結(jié)果。結(jié)果顯示，優(yōu)選的實施例比ZF-BDFE聯(lián)合檢測(使用turbo解碼器)性能要好1dB，比ZF-BLE聯(lián)合檢測(使用turbo解碼器)性能要好3dB。
這些是與于2001年3月2日提交的、名為“METHOD ANDAPPARATUS FOR JOINT DETECTION OF A CODED SIGNAL IN ACDMA SYSTEM(用于對CDMA系統(tǒng)中的編碼信號進(jìn)行聯(lián)合檢測的方法和裝置)”的序列號為09/798,305的相關(guān)申請中所公開的改進(jìn)的聯(lián)合檢測器所實現(xiàn)的改善是相同的。然而，本發(fā)明與改進(jìn)的聯(lián)合檢測器相比顯著地減低了計算的復(fù)雜度。對于Ed/No相對較高的信號(例如，4dB或更高)，本發(fā)明只需要相當(dāng)于改進(jìn)的聯(lián)合檢測器所需的3％的計算量就可以實現(xiàn)將誤幀率降低到0.001。
盡管本發(fā)明是結(jié)合特定的實施例來特別地顯示和描述的。但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對它進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的修改。
權(quán)利要求
1.一種用于聯(lián)合檢測CDMA系統(tǒng)中的編碼輸入信號的方法，其包括對第一解碼器輸入信號進(jìn)行多路分解以產(chǎn)生第一多個解碼器輸入信號分量，它們每個都與多個解碼器中的一個相對應(yīng)；由所述多個解碼器中的每個解碼器對所述第一多個解碼器輸入信號分量的相應(yīng)的解碼器輸入信號分量進(jìn)行解碼以產(chǎn)生當(dāng)前的一組還原碼元；從當(dāng)前的一組還原碼元中減去以前的一組還原碼元以產(chǎn)生碼元差分；從所述碼元差分產(chǎn)生校正信號；從所述第一解碼器輸入信號中減去所述校正信號以產(chǎn)生第二解碼器輸入信號；對所述第二解碼器輸入信號進(jìn)行多路分解以產(chǎn)生第二多個解碼器輸入信號分量，它們每個都與多個解碼器中的一個相對應(yīng)；由所述多個解碼器中的每個解碼器對所述第二多個解碼器輸入信號分量的相應(yīng)的解碼器輸入信號分量進(jìn)行解碼以產(chǎn)生后續(xù)的一組還原碼元。
2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其還包括用塊決策反饋均衡器均衡編碼輸入信號以產(chǎn)生所述第一解碼器輸入信號的步驟。
3.如權(quán)利要求1中所述的方法，其還包括在所述多路分解所述第一解碼器輸入信號的步驟之前將所述第一解碼器輸入信號存儲在解碼器輸入緩存中的步驟。
4.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中所述解碼以產(chǎn)生當(dāng)前的一組還原碼元的步驟包括對所述多個解碼器的解碼器輸出進(jìn)行多路復(fù)用以產(chǎn)生所述當(dāng)前的一組還原碼元的步驟。
5.如權(quán)利要求1中所述的方法，其還包括在所述多路分解所述第二解碼器輸入信號的步驟之前將所述第二解碼器輸入信號存儲在解碼器輸入緩存中的步驟。
6.一種CDMA聯(lián)合檢測器裝置，其包括能夠存儲解碼器輸入信號的解碼器輸入緩存；多個解碼器，其中每個解碼器都能夠?qū)λ鼋獯a器輸入信號分量進(jìn)行解碼以產(chǎn)生還原碼元；多路分解器，它與所述解碼器輸入緩存和所述多個解碼器相連接，能夠?qū)⑺鼋獯a器輸入信號的每個分量提供給所述多個解碼器中的相應(yīng)的解碼器；還原碼元緩存，它與所述多個解碼器相連接，能夠存儲以前的還原碼元；和校正信號生成器，它與所述還原碼元緩存和所述解碼器輸入緩存相連接，能夠從所述還原碼元和所述以前的還原碼元生成第二解碼器輸入信號。
7.如權(quán)利要求6中所述的裝置，其還包括能夠產(chǎn)生所述第一解碼器輸入信號的塊決策反饋均衡器。
8.如權(quán)利要求6中所述的裝置，其還包括碼元減法器，它與所述還原碼元緩存和所述校正信號生成器相連接，能夠從所述還原碼元中減去所述以前的還原碼元以生成碼元差分，其中所述校正信號生成器能夠使用所述碼元差分生成校正信號并能夠從所述解碼輸入信號中減去所述校正信號以生成所述第二解碼器輸入信號。
9.如權(quán)利要求6中所述的裝置，其中所述解碼器輸入緩存能夠存儲超級樣本塊，它們每一個都與所述解碼器輸入信號的不同信號成分的turbo編碼幀相對應(yīng)。
10.如權(quán)利要求6中所述的裝置，其還包括多路復(fù)用器，它與所述多個解碼器和所述還原碼元緩存相連接，能夠?qū)碜运龆鄠€解碼器的解碼器輸出多路復(fù)用到所述還原碼元緩存的每個存儲器單元中。
全文摘要
本發(fā)明實現(xiàn)了以前所公開的改進(jìn)的聯(lián)合檢測器的優(yōu)點，同時顯著地減少了計算量，這是通過下述方式實現(xiàn)的首先，將反向置換運(yùn)算移到解碼器的解碼迭代循環(huán)之外；其次，將輸入緩存移到迭代循環(huán)內(nèi)。反向置換運(yùn)算最初作為進(jìn)入所述解碼迭代循環(huán)之前的聯(lián)合檢測均衡階段的一部分執(zhí)行。然后在每個解碼迭代中，本發(fā)明產(chǎn)生一個校正信號，將它從當(dāng)前的輸入信號中減去以產(chǎn)生下一個輸入信號。每個校正信號都是從當(dāng)前迭代與以前的迭代的一系列解碼碼元的差分中產(chǎn)生出來的。因此，相對于作為以前所公開的改進(jìn)的聯(lián)合檢測器而言，本發(fā)明實現(xiàn)了基于常規(guī)聯(lián)合檢測器的相同的性能改善但是顯著地降低了所需要的計算量。
文檔編號H03M13/29GK1537364SQ02815003
公開日2004年10月13日 申請日期2002年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月30日
發(fā)明者于驍勇 申請人:摩托羅拉公司