專利名稱：在聯合檢測系統中應用長小區(qū)化碼的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用包含訓練序列的碼分多址(CDMA)蜂窩移動通信系統，更確切地說是涉及在使用包含訓練序列的移動通信系統中，當發(fā)送端采用長小區(qū)化碼時，在接收端采用多用戶檢測技術的解調方法。
但多用戶檢測技術的計算量大，大約與用戶個數的平方成正比，現有的微處理器及現場可編程邏輯陣列(FPGA)都不可能完成用戶個數十分大的計算，因此，在3GPP中，兩個明確要使用多用戶檢測技術的寬帶時分復用(WB-TDD)系統與窄帶時分復用(NB-TDD)系統中，一個時隙中的最大擴譜碼(或稱擴譜系數)的長度為16，支持的最大用戶個數也是16，同樣，小區(qū)間的擾碼即小區(qū)化碼的長度也是16。
在第三代移動通信CDMA TDD標準中設置小區(qū)化碼的主要目的是克服來自相鄰小區(qū)的干擾，另一個主要目的是白化相鄰小區(qū)的信號。它與其它CDMA系統中的長碼與短碼不同，其它CDMA系統中只使用一個長碼與短碼，所有用戶公用長碼與短碼，通過不同的相位區(qū)別用戶與小區(qū)。小區(qū)化碼是各個小區(qū)特有的，每個小區(qū)只用自己特有的小區(qū)化碼，如在NB-TDD中共有128個小區(qū)化碼。
由于小區(qū)間用戶的擴譜碼與小區(qū)化碼的長度都是16位長，這就帶來了一個問題，即它們生成的擴頻調制碼也是16位長。當小區(qū)化碼有128個(系統可以支持128個小區(qū)同時工作)時，每個小區(qū)化碼與16個WALSH碼點乘，共產生16×128＝2048個擴頻調制碼(擴頻調制碼是WALSH碼與小區(qū)化碼點乘的結果)，這就意味著系統內總共有2048個16位長的擴頻調制碼。在這2048個擴頻調制碼中既要保證有128組正交碼(由WALSH碼自然保證)，又要保證不同碼組間的互相關性好，因而是十分困難的。
在小區(qū)化碼長度的選擇上是有一定講究的，過短的小區(qū)化碼十分不利于克服相鄰小區(qū)之間的干擾，更不可能使信號白噪聲化。以NB-TDD系統為例，系統共設計有128個小區(qū)化碼，但保證不同碼組間的互相關性好，是十分困難的。實際上，目前在碼組的選擇上是存在一定問題的，雖然這些碼組之間的互相關性在統計特性上是不錯的，但有些碼組之間的相關性是非常高的，甚至有些碼組之間是完全相關的。如ND-TDD中第1個碼組與第126碼組

點乘WALSH函數，CODE1點乘WALSH12得到的擴頻調制碼為1 1 1 1 -1 1 -1 1 -1 1 1 -1 1 1 -1 -1CODE126點乘WALSH0得到的擴頻調制碼同樣為1 1 1 1 -1 1 -1 1 -1 1 1 -1 1 1 -1 -1由此可見，這兩個擴頻調制碼是完全相同的。這種擴頻調制碼可以稱為系統中的重碼。
上述舉例表明，由于有些碼組之間的相關性非常高，甚至有些碼組之間完全相關，相關性非常高和完全相關的碼組意味著2048個擴頻調制碼中有些是重碼，重碼對一個CDMA系統是十分致命的，尤其是當兩個用戶在相鄰小區(qū)工作時被分配了重碼，即相鄰小區(qū)的不同用戶使用的是完全相同的16位擴頻調制碼，僅是中間碼(MIDAMBLE)不同。雖然通過中間碼可以區(qū)分不同的用戶，但在解調時，如果用戶來自同一方向(對于單天線接收機，無論信號來自于任何方向)，兩個用戶的強徑基本重合時，將不能通過MIDAMBLE區(qū)別用戶。此外，通過應用智能天線技術與碼分配算法也可以在一定程度上抑制這種情況，但畢竟無法完全避免這種情況的出現，一旦出現了用戶用相同的擴頻調制碼進行擴頻調制，且在同一時刻到達解調端，會對接收方產生強大的干擾，幾乎可以肯定地說，接收方無法正確解調，CDMA擴譜增益完全消失，系統無法同頻正常工作。
而且，其信號在頻帶內的幅頻特性非常差，遠遠達不到白噪聲化的要求，給解調帶來困難。
解決上述問題的方法有三個一是更換現有的擾碼—小區(qū)化碼，保證2048個擾碼中無重碼；二是用智能天線技術與碼分配算法保證相鄰小區(qū)無重碼被同時應用；三是保持最大擴譜碼為16，最大支持的用戶個數也是16不變，但相鄰小區(qū)間用長小區(qū)化碼，如32，64，128等(16的倍數)，來區(qū)別不同小區(qū)的信號。
第一種方法需要再次尋找小區(qū)化碼，即使能找到這種擾碼，也很難克服碼組間各碼的固定相關性(因為有些碼雖然不是完全相關，但相關程度也可能很高)。
第二種方法，可以在一定程度上避免重碼帶來的影響，但不能完全消除，同樣無法克服其它相關程度較高的碼的影響。
第三種方法是一種最徹底的克服相鄰小區(qū)同頻重碼的方法，采用長小區(qū)化碼的另外一個好處是使信號白噪聲化，使信號調制后的頻譜變得更加平坦，降低峰值-平均功率比，降低對濾波器的要求，提高射頻系統的性能，但由于需要改變信號的一些處理方法，導致接收方計算量增大。
若在發(fā)送方采用長小區(qū)化碼，而在接收方仍采用聯合檢測技術，其計算量將更是大上加大，到目前為止，還沒有一種公開技術可以在能被接受的計算量情況下實現這種技術方案。
實現本發(fā)明目的的技術方案是這樣的一種在聯合檢測系統中應用長小區(qū)化碼的方法，包括以下處理步驟A.對全部天線單元分別針對接收數據中的中間碼部分進行用戶信道估計，獲得每個天線單元的用戶信道估計結果；B.生成與選擇的長小區(qū)化碼長度有關且與每個天線單元的用戶信道估計結果有關的各天線單元的第一中間矩陣；C.根據各天線單元的第一中間矩陣生成一個第二中間矩陣和求得該第二中間矩陣的共軛轉置矩陣，并根據該第二中間矩陣和該第二中間矩陣的共軛轉置矩陣生成一個第三中間矩陣，該第三中間矩陣是一對稱正定陣；D.對該第三中間矩陣進行Cholesky分解，分解階數與選擇的長小區(qū)化碼長度有關；E.根據第三中間矩陣的Cholesky分解結果和經匹配濾波后的接收信號進行解擴運算。
本發(fā)明的方法是在發(fā)送方用大于系統的最大擴譜碼(系數)為16的長小區(qū)化碼，如32，64，128等進行加擾，接收方仍采用多用戶檢測技術時的一種接收信號的處理方法，該處理方法的計算量是可以接受的。
本發(fā)明在相鄰小區(qū)間采用長度是16倍數的長小區(qū)化碼，而擴譜碼(系數)的長度仍采用16，可以在不改變幀格式的情況下，避免重碼的出現，顯著的減小系統間的干擾。同時，接收方仍采用多用戶檢測技術，不會損失系統的解調性能，使本小區(qū)的信號更加白噪聲化，使信號調制后的頻譜變得更加平坦，降低峰值-平均功率比，降低對濾波器的要求。


1.接收方接收信號，并對全部信道進行信道估計，采用如下公式計算第ka個天線單元的用戶信道估計結果 h‾(ka)=IDFT(G--1·DFT(e‾m(k3))),ka=0...Ka-1,]]>式中符號的下橫線表示其為矢量(以下同)，DFT表示作離散富里哀變換，IDFT表示作離散富里哀逆變換，em是接收數據中的中間碼(MIDAMBLE)部分，Ka是天線單元總數，ka是其中的一個天線單元，G-1是與中間碼相關的矩陣的逆矩陣，h是用戶信道估計的結果，共有Ka個用戶信道的估計結果。
2.根據Ka個用戶信道的估計結果 和所選擇的小區(qū)化碼的長度L生成一個第二中間陣，起名為A陣，分為四步進行第一步是將長小區(qū)化碼L以16為單位分成M=L/16段，每段分別與WALSH碼進行點乘并乘以相應的j(j是一個按通信標準進行角度變換的值)，得到M個矢量 的長度為16，m的范圍是1到M；第二步是按下述公式計算第一中間陣Aka矩陣中的每一個塊，每一個塊由M個b組成，如下述矩陣中的左上角塊Bka1中的各黑條，公式中ka仍是Ka個天線單元中的一個天線單元，取值從0至Ka-1，Kvru是用戶占用的總碼道數，kvru是用戶占用的其中一個碼道，取值從0至Kvru-1，卷積運算符， kvru＝0...Kvru-1，ka＝0...Ka-1．；第三步，按第二步運算公式獲得M個塊，形成如下第一中間陣Aka矩陣中的Bka1，Bka2，…，BkaM，然后出現重復，不重復的塊數與cm有關，即與小區(qū)化碼長度有關， 第四步，按第三步計算的Ka個結果計算第二中間A矩陣 3.根據求得的第二中間矩陣A生成一個第三中間矩陣，起名R陣，分兩個步驟進行；第一部先根據A矩陣求其共軛轉置A′矩陣第二步根據下述公式計算R矩陣R＝A′A 上述R矩陣是對稱正定陣(特點是矩陣的對角線上按RO1、RO2、RO3、...ROM分布，然后重復，其兩側是按對稱的R11、R12、...R1M分布，然后重復)，供下一步對R矩陣進行Cholesky分解。
4.對R矩陣按傳統的Cholesky分解式R＝HTH進行分解，在長小區(qū)化碼為48、64、128...，即16的三倍或三倍以上時，求得分解結果—矩陣H，計算的稀疏三角陣H矩陣如下所示(式中T為轉置符) 其中H1，H3，H5，...，H43為16×16的三角陣，H2，H4，H6，...，H44為16×16的矩陣，矩陣中除該兩條線上以外的其余項均為零。
5.按下述公式對接收信號進行匹配濾波，式中e是接收信號，eMF是接收信號中除中間碼的其余部分，A′是A的共軛轉置，eMF＝A′×e6.根據求得的eMF和來自分解結果的H矩陣，按傳統解方程方法進行解擴處理，接收方即可完成基于多用戶檢測技術的處理長小區(qū)化碼時的接收信號處理過程。
通過上述計算過程，可以推導出在擴譜系數仍采用16，針對單天線和8天線單元，同時采用長或更長的小區(qū)化碼，如32，64，128時的計算量，其中MOPS表示每秒多少次操作，如80MOPS是每秒80萬次操作。

由上述列表可知，擴譜系數仍采用16，同時采用更長的小區(qū)化碼，如32，64，128時，不但可以有效地克服系統中小區(qū)間的干擾，而且不必改變系統的幀格式，且計算量是可以容忍的。如采用長度為32的擾碼時，計算量比長度為16時增大了大約50％，即使采用128長的擾碼，計算量也只增大了大約3倍，還是可以接受的。
權利要求
1.一種在聯合檢測系統中應用長小區(qū)化碼的方法，包括以下處理步驟A.對全部天線單元分別針對接收數據中的中間碼部分進行用戶信道估計，獲得每個天線單元的用戶信道估計結果；B.生成與選擇的長小區(qū)化碼長度有關且與每個天線單元的用戶信道估計結果有關的各天線單元的第一中間矩陣；C.根據各天線單元的第一中間矩陣生成一個第二中間矩陣和求得該第二中間矩陣的共軛轉置矩陣，并根據該第二中間矩陣和該第二中間矩陣的共軛轉置矩陣生成一個第三中間矩陣，該第三中間矩陣是一對稱正定陣；D.對該第三中間矩陣進行Cholesky分解，分解階數與選擇的長小區(qū)化碼長度有關；E.根據第三中間矩陣的Cholesky分解結果和經匹配濾波后的接收信號進行解擴運算。
2.根據權利要求1所述的一種在聯合檢測系統中應用長小區(qū)化碼的方法，其特征在于所述步驟A中，采用公式h-(ka)=IDFT(G--1·DFT(e-m(ka)))]]>計算第ka個天線單元的用戶信道估計結果 式中em是接收數據的中間碼部分，ka是總數為Ka的天線單元中的一個天線單元，取值為0至ka-1，G-1是與中間碼相關的矩陣的逆矩陣，h是用戶信道估計的結果；所述步驟B中，進一步包括B1.將長小區(qū)化碼L以16為單位分成M=L/16段，每段分別與WALSH碼進行點乘并乘以相應的按通信標準進行角度變換的值j，得到M個矢量 的長度為16，m的范圍是1到M；B2.按公式 計算第一中間矩陣,AKa中的每一個塊，kvru是用戶占用的總碼道數Kvru中的一個碼道，取值從0至Kvru-1，每一個塊由M個b組成，形成M個塊Bka1，Bka2，...，BkaM，然后出現重復，獲得所述的第一中間矩陣 所述的步驟C進一步包括C1.按下述公式根據第一中間矩陣的Ka個結果計算第二中間A矩陣，和計算共軛轉置A′矩陣 C2.根據公式R＝A′A求得第三中間矩陣R 所述的步驟D是按Cholesky分解式R＝HTH進行分解，在長小區(qū)化碼為16的三倍或三倍以上時，求得分解結果H矩陣為 其中H1，H3，H5，...，H43為16×16的三角陣，H2，H4，H6，...，H44為16×16的矩陣，矩陣中除該兩條線上以外的其余項均為零。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在聯合檢測系統中應用長小區(qū)化碼的方法，當發(fā)送方用大于系統最大擴譜碼16的長小區(qū)化碼進行加擾，同時接收方仍采用多用戶檢測技術時的接收信號處理方法。包括對全部天線單元進行用戶信道估計，獲得每個天線單元的用戶信道估計結果；生成與選擇的長小區(qū)化碼長度有關且與每個天線單元的用戶信道估計結果有關的各天線單元的第一中間矩陣；根據第一中間矩陣生成第二中間矩陣和求得其共軛轉置矩陣，并根據該第二中間矩陣和其共軛轉置矩陣生成第三中間矩陣；對該第三中間矩陣進行Cholesky分解，分解階數與選擇的長小區(qū)化碼長度有關；根據第三中間矩陣的Cholesky分解結果和經匹配濾波后的接收信號進行解擴運算。整個運算過程的計算量是可以接收的。
文檔編號H04B1/707GK1445950SQ0214862
公開日2003年10月1日 申請日期2002年11月13日 優(yōu)先權日2002年11月13日
發(fā)明者李峰 申請人:大唐移動通信設備有限公司