專利名稱：碼分多路復(fù)用信號(hào)接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種接收方法，該方法適用于諸如移動(dòng)通訊。通過(guò)該方法，基地站接收來(lái)自L個(gè)(L是大于或等于2的整數(shù))通話裝置由長(zhǎng)周期和短周期擴(kuò)展序列進(jìn)行了頻譜擴(kuò)展的信號(hào)，并且分離其中至少一個(gè)接收信號(hào)。更詳細(xì)地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種使接收信號(hào)的去擴(kuò)展的序列進(jìn)行去相關(guān)而獲得消除了干擾的去擴(kuò)展輸出的接收方法。
由于擴(kuò)頻通訊技術(shù)優(yōu)良的抗干擾及安全保護(hù)特性，采用擴(kuò)頻通訊技術(shù)的碼分多址(CDMA)通訊系統(tǒng)在各種不同的通訊系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用方面得到了越來(lái)越廣泛的積極研究。CDMA系統(tǒng)的一個(gè)問(wèn)題是遠(yuǎn)近問(wèn)題，即由區(qū)域中心接收到的信號(hào)的功率隨通話裝置的位置不同而產(chǎn)生很大的變化。在CDMA系統(tǒng)中，由于若干通話裝置共用同樣的頻帶，從其中一個(gè)所發(fā)射的信號(hào)變成為使另一通話裝置的發(fā)射信號(hào)的音質(zhì)下降的干擾波。
例如，當(dāng)靠近基地站的一個(gè)通話裝置與遠(yuǎn)處的一個(gè)通話裝置同時(shí)進(jìn)行通訊時(shí)，前者如信號(hào)被基地站以高功率電平接收，而后者的信號(hào)以低功率電平被基地站接收。這意味著在遠(yuǎn)程通話裝置與基地站之間的通訊受來(lái)自附近通話裝置通訊產(chǎn)生的干擾而嚴(yán)重地降低了質(zhì)量。作為解決這種遠(yuǎn)一近問(wèn)題的手段，研究了一種發(fā)射機(jī)功率控制方案。利用這種發(fā)射機(jī)功率控制方案，不論通訊裝置處于何處，接收站接收的信號(hào)功率，或由接收功率所決定的信號(hào)功率與干擾功率之比，被控制為常數(shù)，由此，在服務(wù)區(qū)域能夠獲得均勻的音質(zhì)。
遠(yuǎn)-近問(wèn)題構(gòu)成導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降的主要因素的一個(gè)典型的通訊系統(tǒng)是移動(dòng)式通訊系統(tǒng)。IEEE學(xué)報(bào)第VT-40卷，1991年，第291-302頁(yè)中發(fā)表的W.C.Y.Lee的“蜂窩狀CDMA綜述”中，分析了能夠以預(yù)定的聲音質(zhì)量進(jìn)行通訊的區(qū)域中的分區(qū)比率(下面將該比率稱為場(chǎng)地比)在移動(dòng)式通訊系統(tǒng)中是如何由上面提及的發(fā)射機(jī)功率控制所改進(jìn)的。此外，還有關(guān)于試探計(jì)算的報(bào)道，通過(guò)采用響應(yīng)在移動(dòng)通訊的無(wú)線電波傳播環(huán)境中衰減變化的高速發(fā)射機(jī)功率控制，頻率利用因子比北美AMPS移動(dòng)通訊系統(tǒng)中的因子要增大大約20倍，(要了解更詳細(xì)的情況，請(qǐng)參見(jiàn)IEEE學(xué)報(bào)VT-40，1992年，第303-312頁(yè)中發(fā)表的K.S.Gilhousen、I.M.Jacobs、R.Padovani、A.J.Vit-erbi、L.A.Weaver、Jr.和C.E.Wheatly III的文章“關(guān)于蜂窩狀CDMA系統(tǒng)的容量”)。
然而，發(fā)射機(jī)功率控制之后的場(chǎng)地比受到各種因素造成的控制誤差的極大影響。例如，在E.Kudoh和T.Matsumoto的文章“發(fā)射機(jī)功率控制的缺陷對(duì)DS/CDMA蜂窩狀移動(dòng)式無(wú)線電容量的影響”(IEEEICC′92，芝加哥，第310.1.1-6頁(yè)中，討論了在前面提及的移動(dòng)式通訊系統(tǒng)中控制誤差對(duì)相對(duì)頻率利用因子的影響，這篇文章指出1dB的控制誤差會(huì)將相對(duì)頻率利用因子減小29％(上限)和31％(下限)。
另一方面，美國(guó)普林斯頓大學(xué)的Ruxandra Lupas和SergioVerdu最近披露了用于受到額外高斯噪聲作用的二進(jìn)制異步CDMA系統(tǒng)的線性濾波器的種類，該線性濾波器允許在即使接收的信號(hào)具有不同功率時(shí)也能從相應(yīng)的通話裝置接收的信號(hào)中估計(jì)發(fā)射的信號(hào)。這類濾波器稱為反相關(guān)(inverse-correlation)濾波器。這種反相關(guān)濾波器的處理量或吞吐量?jī)H僅按同時(shí)工作的通話裝置的數(shù)目N增長(zhǎng)，而不是按指數(shù)顯著增長(zhǎng)。這一點(diǎn)在IEEE通訊(COM)學(xué)報(bào)，1990年第COM-38卷，第496-508頁(yè)中R.Lupas和S.Verdu的文章“異步通道中多用戶檢測(cè)器的遠(yuǎn)-近阻力”中公開(kāi)(這篇文章在后面稱為文文獻(xiàn)1)。
將CDMA技術(shù)應(yīng)用到移動(dòng)通訊系統(tǒng)除了加強(qiáng)頻率利用率外的作用或優(yōu)點(diǎn)是使得無(wú)代碼管理(code-management-free)通訊成為現(xiàn)實(shí)。也就是說(shuō)，為了使采用相同頻率或相同時(shí)間片的(下面稱之為相同通道(channel))的另一通話裝置的干擾功率可以被保持在一個(gè)預(yù)定的水平之下，傳統(tǒng)的FDMA或TDMA系統(tǒng)在足夠遠(yuǎn)的距離處的若干區(qū)域才重復(fù)使用相同的通道以避免干擾。為此，傳統(tǒng)的FDMA或TDMA系統(tǒng)需要通道管理來(lái)控制同一通道干擾。通道管理包括對(duì)如何將服務(wù)區(qū)域分為多個(gè)區(qū)域的最佳化，對(duì)每個(gè)區(qū)域指定多少通道的最佳化以及每個(gè)通道在哪個(gè)區(qū)域重新使用的最佳化。這不可避免若干操作人員利用某一頻帶操作不同的系統(tǒng)帶來(lái)的困難。
在CDMA系統(tǒng)的情況下，“通道”相應(yīng)于擴(kuò)展碼。因此，來(lái)自不同通道的干擾的大小對(duì)應(yīng)于其擴(kuò)展碼之間互相關(guān)的大小。由于相應(yīng)于用在給定區(qū)域及其相鄰區(qū)域的若干擴(kuò)展代碼而言，擴(kuò)展代碼之間的互相關(guān)并不完全變?yōu)榱?，因此這些區(qū)域中的每個(gè)通道都受到其它能道的干擾。在采用擴(kuò)頻通訊方案的CDMA系統(tǒng)中，同一區(qū)域和其它區(qū)域的所有其它通道對(duì)給定通道的這種干擾被認(rèn)為是等同噪聲，在對(duì)接收的信號(hào)去擴(kuò)展的過(guò)程中，從它們的混合信號(hào)中分離出需要的信號(hào)。換句話說(shuō)，只要來(lái)自其它通話裝置的干擾被認(rèn)為是等同噪聲，那么來(lái)自區(qū)域內(nèi)的干擾與來(lái)自區(qū)域外的干擾之間沒(méi)有區(qū)別。也就是說(shuō)，在“將來(lái)自其它通話裝置的干擾看作是等量噪聲這樣設(shè)計(jì)的”移動(dòng)式通訊系統(tǒng)中，擴(kuò)展碼分配問(wèn)題不會(huì)出現(xiàn)。因此，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)代碼管理通訊系統(tǒng)。當(dāng)每個(gè)系統(tǒng)都被設(shè)計(jì)為“將來(lái)自其它通話裝置的干擾視為等同噪聲”時(shí)，若干操作人員也可以采用同一頻帶來(lái)操作不同的系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)“將來(lái)自其它通話裝置的干擾視為等同噪聲”，需要將擴(kuò)展的序列完全隨機(jī)化。這可以通過(guò)由周期為要被發(fā)射的其中一個(gè)信息符號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度的短周期擴(kuò)展代碼序列和周期為相應(yīng)于若干信息符號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度的長(zhǎng)周期擴(kuò)展代碼序列進(jìn)行頻譜擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，短周期和長(zhǎng)周期擴(kuò)展代碼序列具有相同的“碼片”(chip)率，同時(shí)用兩種擴(kuò)展代碼序列進(jìn)行的頻譜擴(kuò)展通過(guò)對(duì)一“碼片”在經(jīng)過(guò)短周期擴(kuò)展碼序列正常擴(kuò)展之后乘以長(zhǎng)周期擴(kuò)展碼序列，或經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期擴(kuò)展碼序列擴(kuò)展之后再由短周期擴(kuò)展碼序列進(jìn)行擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)。
理論上，也可以在用上面提及的長(zhǎng)周期與短周期擴(kuò)展代碼序列進(jìn)行頻譜擴(kuò)展的系統(tǒng)中構(gòu)成前面所述的去相關(guān)器。然而過(guò)去對(duì)此沒(méi)有提出具體的方法。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)碼分多路復(fù)用信號(hào)接收方法，通過(guò)該方法，基地站接收用短周期和長(zhǎng)周期擴(kuò)展碼序列進(jìn)行頻譜擴(kuò)展的多個(gè)異步CDMA信號(hào)，并且通過(guò)反相關(guān)濾波器檢測(cè)從每個(gè)通話裝置接收的信號(hào)。
依據(jù)本發(fā)明的接收方法是一種碼分多路復(fù)用信號(hào)接收方法，它從L個(gè)(L是大于等于2的整數(shù))通話裝置接收信號(hào)，每個(gè)信號(hào)都由短周期和長(zhǎng)周期擴(kuò)展代碼序列進(jìn)行了擴(kuò)展，并且將接收的至少一個(gè)信號(hào)進(jìn)行分離。接收方法包括以下步驟(a)對(duì)所述的L個(gè)通話裝置，分別用擴(kuò)展代碼序列去擴(kuò)展所述的接收信號(hào)，從而得到L個(gè)去擴(kuò)展輸出序列；(b)對(duì)h＝-g，…O，…g，計(jì)算以符號(hào)時(shí)刻為中心的L×L階的部分相關(guān)矩陣Rk＋h(1)、Rk＋h(0)和Rk＋h(-1)，該矩陣代表從(k－g)到(k＋g)的范圍內(nèi)所述L個(gè)通話裝置在相應(yīng)的各符號(hào)時(shí)刻的擴(kuò)展代碼序列的互相關(guān)，其中k是給定的整數(shù)，g是大于等于1的固定常數(shù)，接著，產(chǎn)生由該部分相關(guān)矩陣所定義的在所述符號(hào)時(shí)間該范圍內(nèi)的相關(guān)矩陣Rk。并計(jì)算它的逆相關(guān)矩陣Rk-1；(c)將所述逆相關(guān)矩陣Rk-1乘以在步驟(a)得到的所述第(k－g)至(k＋g)符號(hào)時(shí)刻的所述L個(gè)去擴(kuò)展輸出序列的向量；(d)根據(jù)相應(yīng)于所述步驟(c)中的所述L個(gè)通話裝置中的至少一個(gè)進(jìn)行乘法運(yùn)算的結(jié)果對(duì)符號(hào)作出判定。
上述方法步驟(b)中，計(jì)算出逆相關(guān)矩陣Rk-1后，下一時(shí)刻k＋1的逆相關(guān)矩陣計(jì)算如下(b-1)部分相關(guān)矩陣Rk＋g(-1)和Rk＋g＋1(0)以及在符號(hào)時(shí)刻k計(jì)算的逆相關(guān)矩陣Rk-1被用于從所述逆相關(guān)矩陣產(chǎn)生擴(kuò)張了一個(gè)符號(hào)時(shí)刻的逆相關(guān)矩陣Rk，k＋1-1。
(b-2)從所述擴(kuò)張的逆相關(guān)矩陣Rk，k＋1-1計(jì)算符號(hào)時(shí)刻k＋1的所述逆相關(guān)矩陣Rk-1。
本發(fā)明僅僅考慮了第k個(gè)符號(hào)時(shí)刻信息符號(hào)對(duì)之前和之后的去擴(kuò)展輸出向量的影響，也就是說(shuō)，只是考慮足以收斂符號(hào)間干擾的時(shí)間周期而忽視其它符號(hào)時(shí)刻，從而可以通過(guò)去相關(guān)來(lái)檢測(cè)信息符號(hào)。


圖1的時(shí)序圖示出了多個(gè)通話裝置的發(fā)送符號(hào)序列；圖2示出了代表多個(gè)通話裝置的發(fā)送符號(hào)序列之間的關(guān)系的行列式，這里考慮了擴(kuò)展碼序列的互相關(guān)以及相應(yīng)于接收信號(hào)的去擴(kuò)展輸出；圖3示出了代表發(fā)送符號(hào)序列與本發(fā)明所依據(jù)的接收信號(hào)的去擴(kuò)展輸出之間的關(guān)系的行列式；圖4的方框圖示出了采用短周期和長(zhǎng)周期擴(kuò)展代碼序列進(jìn)行擴(kuò)展頻譜通訊的發(fā)射側(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)；圖5的方框圖示出了實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)接收設(shè)備的結(jié)構(gòu)實(shí)例；圖6示出了本發(fā)明的方法和傳統(tǒng)方法的接收的模擬結(jié)果的一個(gè)例子；圖7示出了本發(fā)明的方法和傳統(tǒng)方法的接收的模擬結(jié)果的另一個(gè)例子。
對(duì)于采用短周期和長(zhǎng)周期擴(kuò)展碼序列的異步CDMA系統(tǒng)構(gòu)造去相關(guān)器有困難的最主要原因是兩個(gè)序列之間的互相關(guān)隨時(shí)間是變化的(或?qū)γ恳粋€(gè)符號(hào)而言)。也就是說(shuō)，在僅僅采用短周期擴(kuò)展碼序列的CDMA系統(tǒng)中，對(duì)每個(gè)符號(hào)而言，與另一個(gè)接收信號(hào)的互相關(guān)在一個(gè)符號(hào)持續(xù)期限內(nèi)變成相同的，而在接收信號(hào)由長(zhǎng)周期擴(kuò)展代碼序列擴(kuò)展的情況下，在長(zhǎng)周期擴(kuò)展代碼序列的周期內(nèi)每個(gè)符號(hào)持續(xù)期限中的互相關(guān)彼此不同并且是變化的?，F(xiàn)在考慮在異步CDMA環(huán)境下基地站同時(shí)與L個(gè)(L是大于等于2的整數(shù))通話裝置通訊的情況。由前面提及的文獻(xiàn)1可以理解，從基地站接收設(shè)備的相應(yīng)通話裝置接收的信號(hào)的去擴(kuò)展輸出的向量，以接收的次序排列，Y＝[…y(k－2)，y(k－1)，y(k)，y(k＋1)，y(k＋2)…]t是由圖1中所示的方程(1)給出的。在上面的式子中，Y(k)代表去擴(kuò)展輸出Yi(k)的向量，該輸出來(lái)自相應(yīng)通道中，相應(yīng)通訊裝置在k符號(hào)時(shí)刻由長(zhǎng)、短周期擴(kuò)展碼擴(kuò)展的接收信號(hào)的解擴(kuò)展，并且按i＝1至L的次序排列；向量用下面的等式表示Y(k)＝[Y1(k)，Y2(k)，…，YL(k)]t，k{-∞，∞}其中t代表轉(zhuǎn)置。此外，下面是一個(gè)符號(hào)矢量陣列B＝[…b(k－2)，b(k－1)，b(k)，b(k＋1)，b(k＋2)…]t其中b(k)＝[b1(k)，b2(k)，…，bL(k)]t是在第k個(gè)符號(hào)時(shí)刻的信息符號(hào)矢量。圖2在第#1至#L行示出了從通話裝置#1至#L發(fā)送的信息符號(hào)序列。在這種情況下，來(lái)自每個(gè)通話裝置的信號(hào)的接收功率被歸一化，而不夫去其一般性。
很顯然，當(dāng)從每個(gè)通話裝置接收的功率不同時(shí)，信息符號(hào)矢量b(k)只需用加權(quán)矢量Wb(k)所置換，其中加權(quán)因子W是一個(gè)L×L正交矩陣。n(k)＝[n1(k)，n2(k)，…nL]t是一個(gè)噪聲矢量。Rk(0)，Rk(1)，Rk(-1)是由從#i到#j(1≤i，j≤L)的通話裝置的相應(yīng)擴(kuò)展代碼序列在第k個(gè)符號(hào)時(shí)刻的部分相關(guān)矩陣，該矩陣形成L×L維的復(fù)數(shù)空間CL×L，這些矩陣的元素由下面的方程給出Rijk(m)=∫Sik(t-τi)Sj*k(t+mT-τi)dt,]]>m＝-1，0，1(2)其中*代表其共軛，T為符號(hào)長(zhǎng)度，∫是時(shí)間t從-∞至∞的積分。τ i是第i個(gè)通訊裝置的相對(duì)延時(shí)時(shí)間，此處不失一般性設(shè)O＝τ1≤τ2…≤τL＜T。部分相關(guān)矩陣滿足下面式子Rk(-1)＝Rk＋1(1)H其中H代表復(fù)數(shù)共軛置換。Sik(t)是第i個(gè)通話裝置在第k個(gè)符號(hào)時(shí)刻的擴(kuò)展代碼序列(在該符號(hào)持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)周期與短周期擴(kuò)展代碼序列的乘積)，除了在由時(shí)間期[(k－1)T，kT]限定的符號(hào)持續(xù)時(shí)間外，Sik(t)被設(shè)置為零。因此，方程(2)的積分實(shí)際上只需在[(k－1)T，kT]間進(jìn)行。由于長(zhǎng)周期擴(kuò)展代碼序列的周期是前面提及的多個(gè)符號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度，因此，在多個(gè)符號(hào)持續(xù)期限內(nèi)，對(duì)每個(gè)符號(hào)而言，擴(kuò)展代碼序列Sik都不相同。
由于來(lái)自L個(gè)通話裝置的信號(hào)的去擴(kuò)展輸出Y可以由方程(1)來(lái)表示，發(fā)送的信息的各部分都以接收的次序排列的矢量B，可以通過(guò)確定了去擴(kuò)展輸出都按時(shí)間次序排列的矢量Y之后求解方程(1)來(lái)確定。然而方程(1)是一個(gè)無(wú)限線性方程，不能直接求解。
通過(guò)從方程(1)的相應(yīng)項(xiàng)中截取只受到第k個(gè)符號(hào)影響的部分，而不考慮前面提及的其它符號(hào)時(shí)刻，我們得到圖3中所示的方程(3)。在這種情況下，2g＋1是一個(gè)其間符號(hào)間干擾足夠收斂時(shí)間周期，而且g只需被設(shè)計(jì)為例如2至4范圍內(nèi)的一個(gè)固定值，該周期被稱為截?cái)嚅L(zhǎng)度(truncation length)。令在方程(3)的左側(cè)的去擴(kuò)展輸出矢量，在其右側(cè)的部分相關(guān)矩陣(以下簡(jiǎn)稱為相關(guān)矩陣)，符號(hào)矢量和噪聲矢量分別用Yk、Rk、Bk和Nk表示，方程(3)可以被表示為Yk＝RkBk＋Nk。因此，令相關(guān)矩陣Rk的逆矩陣用Rk-1代表，發(fā)射的符號(hào)矢量Bk可以由下面的等式表示Bk＝Rk-1Yk－Rk-1Nk(4)在本明方法的第一個(gè)實(shí)施例中，針對(duì)每個(gè)符號(hào)時(shí)刻計(jì)算相關(guān)矩陣Rk的逆矩陣Rk-1(下面稱為逆相關(guān)矩陣)，去擴(kuò)展輸出矢量Yk＝[y(k－g)，y(k－g＋1)，…，y(k＋g－1)，y(k＋g)]t被乘以逆矩陣，得到信息符號(hào)向量Bk＝[b(k－g)，b(k－g＋1)，…，b(k＋g－1)，b(k＋g)]t的一個(gè)估計(jì)的矢量B′＝[b′(k－g)，b′(k－g＋1)，，b′(k)，…，b′(k＋g－1)，b′(k＋g)]t由方程(4)顯然可以得知，如果噪聲向量Nk的每個(gè)元素與去擴(kuò)展輸出相比足夠小，而且截?cái)嚅L(zhǎng)度與其相比足夠大，那么該估計(jì)矢量B′(k)可以認(rèn)為是與信息符號(hào)矢量B(k)相匹配的。
順便地說(shuō)明，由于方程(3)是用于估計(jì)信息符號(hào)矢量b(k)的方程(1)的一種變形，因此對(duì)通過(guò)用逆相關(guān)矩陣Rk-1乘以向量Yk同時(shí)得到的在其它符號(hào)計(jì)時(shí)時(shí)刻k±1，k±2，…，k±g的符號(hào)向量b(k±1)…的估計(jì)值的精度沒(méi)有保證。因此，為了估計(jì)符號(hào)矢量b(k±1)，…，需要對(duì)每個(gè)符號(hào)時(shí)刻確定在其符號(hào)時(shí)刻方程(3)的逆相關(guān)矩陣。然而，矩陣Rk是一個(gè)(2g＋1)L階乘(2g＋1)L階矩陣，對(duì)每個(gè)符號(hào)時(shí)刻計(jì)算如此高階的逆矩陣導(dǎo)致大量的處理，因此從實(shí)際的角度來(lái)看是不適用的。
在本發(fā)明方法的第二個(gè)實(shí)施例中，(2g＋1)L乘(2g＋1)L逆矩陣的計(jì)算只進(jìn)行一次，并且在每個(gè)相繼的時(shí)刻，用下面將要描述的方案對(duì)逆相關(guān)矩陣進(jìn)行更新，由此大大降低了計(jì)算復(fù)雜度。這一方案稱為滑動(dòng)迭代算法(sliding escalator algorithm)。
現(xiàn)在假設(shè)逆相關(guān)矩陣Rk-1是預(yù)知的，考慮如何確定Rk-1之后的一個(gè)符號(hào)時(shí)刻的逆相關(guān)矩陣Rk＋1-1。參看圖3，除相關(guān)矩陣Rk中左上方之外的2gL×2gL部分相關(guān)矩陣構(gòu)成的矩陣(在虛線塊3k，k＋1中)，即，最右邊的部份相關(guān)矩陣的一列和最下邊的部份相關(guān)矩陣的一行與相關(guān)矩陣Rk中的右下方的2gL×2gL部份相匹配。然后列出一個(gè)(2g＋2)L×(2g＋2)L階矩陣，相關(guān)矩陣為Rk和Rk＋1相同的部分，也就是說(shuō)，從相關(guān)矩陣Rk擴(kuò)張一個(gè)符號(hào)時(shí)刻得到的相關(guān)矩陣Rk，k＋1由下面的式子得到 這里很方便地用數(shù)學(xué)方法示出，如果用到逆相關(guān)矩陣Rk-1，擴(kuò)張的逆相關(guān)矩陣Rk，k＋1-1可以從方程(5)中的第一等號(hào)的右側(cè)推導(dǎo)出來(lái)，如下所示 其中 此外，sk＝[Rk＋g＋1(0)－rkHRk-1rk]-1(8)與此類似，擴(kuò)張的逆相關(guān)矩陣Rk，k＋1可以從方程(5)的第二等號(hào)的右邊推導(dǎo)出來(lái)，如下所示Rk，k＋1-1＝ 其中 此外，uk＋1＝[Rk－g(0)－rk＋1HRk＋1-1rk＋1]-1(11)方程(9)被重新定義如下Rk,k+1qk+1,k+1qk+1Hqk+1Qk+1-----(12)]]>比較方程(a)和(12)，Qk＋1＝Rk＋1-1＋Rk＋1-1rk＋1Uk＋1rk＋1HRk＋1-1qk＋1＝-Rk＋1-1rk＋1Uk＋1qk＋1，k＋1＝Uk＋1(13)構(gòu)成Qk＋1＝Rk＋1-1qk＋1qk＋1，k＋1-1qk＋1H(14)因此Rk＋1-1＝Qk＋1－qk＋1qk＋1，k＋1-1qk＋1H(15)如前面所述，逆相關(guān)矩陣Rk-1是預(yù)先知道的。第一步是通過(guò)引用方程(2)計(jì)算方程(7)和(8)中的部分相關(guān)函數(shù)Rk＋g(-1)和Rk＋g＋1(0)，在上面計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，從方程(7)和(8)計(jì)算方程(6)，從而得到擴(kuò)張的(2g＋2)L×(2g＋2)L逆相關(guān)矩陣Rk，k＋1-1，其右下方的(2g＋1)L×(2g＋1)L部分矩陣也得到了，即方程(12)中的Qk＋1。此外，相應(yīng)于方程(12)中的qk＋1H，qk＋1，qk＋1，k＋1的部分矩陣也由上面提及的部分矩陣，即上邊的LX(2g＋2)L部分矩陣和左上方的L×L部分矩陣和左邊的(2g＋1)LXL部分矩陣得到。這些部分矩陣被用于計(jì)算方程(15)以得到逆相關(guān)矩陣Rk＋1-1。這被用來(lái)計(jì)算Rk＋1-1Yk＋1，作為符號(hào)時(shí)刻k＋1時(shí)符號(hào)矢量b(k＋1)的估計(jì)值。上面的描述給出了這樣一種情況，即在假定在符號(hào)計(jì)時(shí)時(shí)間k的逆相關(guān)矩陣Rk-1已經(jīng)得到的前提下獲得在符號(hào)時(shí)刻k＋1時(shí)的逆相關(guān)矩陣Rk＋1-1，這等同于在假定通過(guò)用k-1替換k在前一個(gè)符號(hào)時(shí)刻k-1得到逆相關(guān)矩陣Rk＋1-1的前提下得到當(dāng)前符號(hào)時(shí)刻k的逆相關(guān)矩陣Rk-1。
因此，一旦計(jì)算了示于圖3的方程(3)中的相關(guān)矩陣Rk－1，逆相關(guān)矩陣Rk-1不必直接從其后的相關(guān)矩陣Rk計(jì)算出來(lái)，而可以通過(guò)采用前一符號(hào)時(shí)刻的逆相關(guān)矩陣Rk－1-1和部分相關(guān)矩陣Rk＋h(0)和Rk＋h－1(-1)，通過(guò)計(jì)算方程(6)和(15)在每一個(gè)符號(hào)時(shí)刻進(jìn)行更新。通過(guò)方程(8)計(jì)算Sk包含計(jì)算一個(gè)L×L逆矩陣和在方程(15)中計(jì)算一個(gè)L×L逆矩陣以獲得qk＋1，k＋1-1；然而，由于計(jì)算逆矩陣的復(fù)雜程度按矩陣大小成立方增長(zhǎng)，因此與計(jì)算(2g＋1)L×(2g＋1)L的相關(guān)矩陣Rk的逆矩陣相比，計(jì)算量顯著減小。
在上面的描述中，每個(gè)通話裝置接收的功率被歸一化描述，當(dāng)接收的功率隨通話裝置而變化時(shí)，只需采用一個(gè)對(duì)角線矩陣W，將從各個(gè)通話裝置接收的功率作為對(duì)角元素，并用Wb(k)代換信息符號(hào)矢量b(k)。
在圖4和圖5中分別示出了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的接收方法的碼分多路復(fù)用通訊系統(tǒng)中一個(gè)發(fā)射裝置和一個(gè)接收裝置，在每個(gè)通話裝置#i的發(fā)射裝置中，如圖4所示，發(fā)送符號(hào)信息經(jīng)由輸入端11送到乘法器12，并乘以經(jīng)由端口13饋入的短周期擴(kuò)展代碼序列SSCi被頻譜擴(kuò)展，然后，擴(kuò)展輸出被提供給乘法器14，并乘以經(jīng)由端口15饋入的長(zhǎng)周期擴(kuò)展代碼序列LSCi被進(jìn)一步頻譜擴(kuò)展，擴(kuò)展輸出經(jīng)由發(fā)射器16作為無(wú)線電波發(fā)送。短周期擴(kuò)展代碼序列SSCi的周期等于一個(gè)發(fā)送信息的符號(hào)持續(xù)時(shí)間T，而長(zhǎng)周期擴(kuò)展代碼序列LSCi的周期等于多個(gè)發(fā)送符號(hào)的持續(xù)時(shí)間。兩個(gè)擴(kuò)展代碼序列的“碼片”彼此同步。發(fā)送信息也可以首先經(jīng)由長(zhǎng)周期擴(kuò)展代碼序列LSCi進(jìn)行擴(kuò)展，再經(jīng)短周期擴(kuò)展代碼序列SSCi進(jìn)行擴(kuò)展，此時(shí)，發(fā)射側(cè)的構(gòu)造與前述相同。
在實(shí)施本發(fā)明的接收設(shè)備中，如圖5所示，來(lái)自L個(gè)通話裝置的擴(kuò)頻信號(hào)被接收器21接收，接收器的輸出被饋送到去擴(kuò)展器22，此處匹配濾波器或滑動(dòng)相關(guān)器221至22L對(duì)該輸出，用來(lái)自擴(kuò)展代碼發(fā)生器23的，對(duì)應(yīng)于通信裝置#1到#L的擴(kuò)展代碼序列SSC1、LSC1至SSCL、LSCL在時(shí)間間隔t1至tL之間求各最大相關(guān)進(jìn)行去擴(kuò)展。由這L個(gè)去擴(kuò)展輸出序列組成的去擴(kuò)展輸出矢量在每個(gè)符號(hào)時(shí)刻輸出一次。在第k個(gè)符號(hào)時(shí)刻的去擴(kuò)展輸出矢量是Y(k)＝[Y1(k)，Y2(k)，…，YL]t。這個(gè)去擴(kuò)展輸出矢量Y(k)被輸入到Y(jié)(2g＋1)級(jí)的先入先出寄存器，也就是說(shuō)，一個(gè)移位寄存器24，去擴(kuò)展輸出矢量Y(k－g)，…，Y(k＋g)被保持在其各自的移位級(jí)24-g至24g中，隨后被提供給乘法器25。乘法器25與部分相關(guān)矩陣計(jì)算部件26和逆相關(guān)矩陣計(jì)算部件27一起構(gòu)成了去相關(guān)器30。
另一方面，擴(kuò)展代碼發(fā)生器23產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于通話裝置#1至#L的長(zhǎng)周期與短周期擴(kuò)展代碼對(duì)的乘積LSC1·SSC1，LSC2·SSC2…，LSCL·SSCL，并作為擴(kuò)展代碼S1至SL提供給部分相關(guān)矩陣計(jì)算部件26。部分相關(guān)矩陣計(jì)算部件26根據(jù)從相關(guān)器22饋入的時(shí)間信號(hào)t1至tL計(jì)算所有通話裝置#i＝1，…，L的相對(duì)延遲時(shí)間τ1至τL，并且根據(jù)從擴(kuò)展代碼發(fā)生器23饋送的擴(kuò)展代碼序列S1至SL由方程(2)計(jì)算通話裝置的每個(gè)組合(i，j)的部分相關(guān)矩陣。在這種情況下，根據(jù)前面提及的本發(fā)明的接收方法，在符號(hào)時(shí)刻k＋h，(h＝-g，…，g)的所有部分相關(guān)矩陣Rg＋h(1)，Rg＋h(0)和Rg＋h(-1)通過(guò)方程(2)進(jìn)行計(jì)算，并提供給逆相關(guān)矩陣計(jì)算部件27。逆相關(guān)計(jì)算部件27產(chǎn)生由所有部分相關(guān)矩陣組成的一個(gè)相關(guān)矩陣Rk，隨后計(jì)算逆相關(guān)矩陣Rk-1，并提供給乘法器25。乘法器25得到逆相關(guān)矩陣Rk-1與去擴(kuò)展輸出矢量Yk的乘積作為估計(jì)符號(hào)矢量信息b′(k－g)，…，b′(k＋g)；在符號(hào)時(shí)刻k矢量b′(k)的各個(gè)b1′(k)，…，bL′(k)由裁決器(decider)28決定其電平，裁決的結(jié)果作為從通話裝置#1至#L接收的信號(hào)的解碼信號(hào)輸出。
在采用前面提及的作為本發(fā)明的第二種接收方法的滑動(dòng)迭代算法的情況下，部分相關(guān)矩陣計(jì)算部件26在擴(kuò)展代碼序列S1至SL的基礎(chǔ)上相應(yīng)于所有通話裝置的組合由方程(2)計(jì)算方程(7)和(8)中的部分相關(guān)函數(shù)Rk＋g＋1(-1)和Rk＋g(0)(假設(shè)下面將要提及的方程中的k用k－1替換)；由此得到的部分相關(guān)函數(shù)被提供給逆相關(guān)矩陣計(jì)算部件27。逆相關(guān)矩陣計(jì)算部件27采用這些部分相關(guān)矩陣和對(duì)應(yīng)于前一符號(hào)時(shí)刻k－1得到的逆相關(guān)矩陣Rk－1-1計(jì)算方程(7)和(8)。此外，計(jì)算部件27通過(guò)采用該計(jì)算結(jié)果來(lái)計(jì)算方程(6)，得到一個(gè)(2g＋2)L×(2g＋2)L擴(kuò)張的逆相關(guān)矩陣Rk，k＋1-1；它的右下方(2g＋1)L×(2g＋1)L部分矩陣、右上方的L×(2g＋1)L部份矩陣、左下方(2g＋1)L×L部分矩陣和左上方L×L部分矩陣分別設(shè)成QkH、qkH、qk和qk，k，它們被用于計(jì)算方程(15)，得到逆相關(guān)矩陣Rk-1。由此得到的逆相關(guān)矩陣被提供給乘法器25，在其中被乘以在第一接收方法的同樣輸入的(2g＋1)去擴(kuò)展輸出矢量。接著，乘法輸出中的估計(jì)矢量b(k)′＝[b1(k)′，b2(k)′…，bL(k)′]t的每個(gè)元素由判決器28作出判決，以得到第k個(gè)符號(hào)時(shí)刻來(lái)自L個(gè)通話裝置的輸出。
由上所述，根據(jù)本發(fā)明，由短周期和長(zhǎng)周期擴(kuò)展代碼序列進(jìn)行了頻譜擴(kuò)展的信號(hào)也可以通過(guò)去相關(guān)得到。
接下來(lái)將描述進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬以展示本發(fā)明的效果。在模擬過(guò)程中主調(diào)制是BPSK。具有31“碼片”長(zhǎng)度的黃金(Gold)序列(過(guò)程增益＝31)被用作短周期擴(kuò)展碼序列，而511碼片長(zhǎng)度的一個(gè)黃金序列被作為長(zhǎng)周期擴(kuò)展碼序列。g＝4，并且同步通話裝置的個(gè)數(shù)L是5個(gè)；假定接收信號(hào)以同樣的幅值從所有通話裝置收到。通訊是在異步CDMA條件下進(jìn)行的。
圖6示出了模擬的結(jié)果，橫座標(biāo)代表給過(guò)去擴(kuò)展后的信噪功率比(SNR)，縱座標(biāo)代表誤差率。黑圈代表傳統(tǒng)的匹配濾波器的接收特性，白圈代表本發(fā)明的接收特性。虛線代表在單個(gè)通話裝置情況下的理論值。與在單個(gè)通話裝置情況下的誤差率相比，受到干擾影響的傳統(tǒng)匹配濾波器的接收能力的誤差率明顯惡化，而本發(fā)明的接收方法的特性與單個(gè)通話裝置情況下的理論值大致符合。
圖7類似地示出了模縱的結(jié)果。在這種情況下，同步通話裝置的個(gè)數(shù)L為2，設(shè)定第二個(gè)通話裝置的接收功率比第一個(gè)通話裝置的接收功率高10dB。這一條件可以說(shuō)是典型的遠(yuǎn)-近問(wèn)題所具備的環(huán)境。橫座標(biāo)代表對(duì)第一個(gè)通話裝置去擴(kuò)展后的信噪功率比(SNR)，縱座標(biāo)代表第一個(gè)通話裝置的誤差率。黑圈代表傳統(tǒng)的匹配濾波器接收特性，白圈代表本發(fā)明的接收特性。從圖7可以看出，與單個(gè)通話裝置相比，由于遠(yuǎn)-近問(wèn)題的影響，匹配濾波器的誤差率特性被顯著地惡化，而本發(fā)明接收方法的特性則不受遠(yuǎn)-近問(wèn)題的影響。
權(quán)利要求
1.碼分多路復(fù)用信號(hào)接收方法，它從L個(gè)(L是大于等于2的整數(shù))通話裝置接收每個(gè)都被短長(zhǎng)周期擴(kuò)展碼序列進(jìn)行了擴(kuò)頻的信號(hào)，并且分離出至少一個(gè)接收信號(hào)，所述接收方法包括以下步驟(a)對(duì)所述的L個(gè)通話裝置，分別用擴(kuò)展碼序列去擴(kuò)展所述的接收信號(hào)，從而得到L個(gè)去擴(kuò)展輸出序列；(b)對(duì)h＝-g，…，O，…，g，計(jì)算L×L階的部分相關(guān)矩陣Rk＋h(1)、Rk＋h(0)和Rk＋h(-1)，該矩陣代表在k個(gè)符號(hào)時(shí)刻的第(k－g)到第(k＋g)的范圍內(nèi)所述L個(gè)通話裝置在相應(yīng)的符號(hào)時(shí)刻的擴(kuò)展代碼序列互相關(guān)，其中k是給定的整數(shù)，g是大于等于1的固定常數(shù)；接著，產(chǎn)生由部分相關(guān)矩陣所定義的在所述符號(hào)時(shí)刻該范圍內(nèi)的相關(guān)矩陣Rk，并計(jì)算它的逆相關(guān)矩陣Rk-1；(c)將所述逆相關(guān)矩陣Rk-1乘以在步驟(a)得到的所述第(k－g)至(k＋g)符號(hào)時(shí)刻的所述L個(gè)去擴(kuò)展輸出序列的矢量；(d)根據(jù)在步驟(c)中相應(yīng)于所述L個(gè)通話裝置中的至少一個(gè)進(jìn)行乘法運(yùn)算用其結(jié)果對(duì)符號(hào)作出判定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收方法，其特征在于在所述步驟(b)的第k個(gè)符號(hào)時(shí)刻所述相關(guān)矩陣Rk下面的方程進(jìn)行計(jì)算
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收方法，其特征在于在所述步驟(b)計(jì)算所述逆相關(guān)矩陣的該符號(hào)時(shí)刻之后的，每個(gè)符號(hào)時(shí)刻k＋1時(shí)計(jì)算所述逆相關(guān)矩陣Rk-1的過(guò)程包括以下步驟(b-1)部分相關(guān)矩陣Rk＋g(-1)和Rk＋g＋1(0)以及在符號(hào)時(shí)刻K計(jì)算的所述逆相關(guān)矩陣Rk-1被用于從所述逆相關(guān)矩陣產(chǎn)生擴(kuò)張一個(gè)符號(hào)時(shí)刻的逆相關(guān)矩陣Rk，k＋1-1；(b-2)從所述擴(kuò)張的逆相關(guān)矩陣Rk，k＋1-1計(jì)算符號(hào)時(shí)刻k＋1的所述逆相關(guān)矩陣Rk-1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的接收方法，其特征在于在所述步驟(b-1)產(chǎn)生所述擴(kuò)展的逆相關(guān)矩陣Rk，k＋1-1的過(guò)程是計(jì)算下述方程的過(guò)程Rk,k-1-1=Rk-1+Rk-1rkskrkHRk-1-Rk1rksk-skHrkH(Rk-1)Hsk]]>其中 sk＝[Rk＋g＋1(0)－rkHRk-1rk-1rk]-1
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的接收方法，其特征在于在符號(hào)時(shí)刻k＋1從所述步驟(b-2)中的所述擴(kuò)張的逆相關(guān)矩陣Rk，k＋1-1計(jì)算所述逆相關(guān)矩陣Rk-1的過(guò)程是這樣的過(guò)程，其中設(shè)代表所述擴(kuò)張的逆相關(guān)矩陣的方程為下述方程Rk,k+1-1=qk+1,k+1qk+1Hqk+1Qk+1]]>并且將在所述步驟(b-1)計(jì)算的所述擴(kuò)張的逆相關(guān)矩陣中的右下方(2g＋1)L×(2g＋1)L部分矩陣、右上方L×(2g＋1)L部分矩陣，左下方(2g＋1)L×L部分矩陣和左上方L×L部分矩陣分別設(shè)為Qk＋1、qk＋1H、qk＋1和qk＋1，k＋1，所述逆相關(guān)矩陣由下面的方程計(jì)算Rk＋1-1＝Qk＋1-qk＋1qk＋1，k＋1-1qk＋1H
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的接收方法，其特征在于在符號(hào)時(shí)刻k所述部分相關(guān)矩陣由下面的方程給出Rijk(m)=∫Sik(t-τi)Sj*k(t+mT-τi)dt,]]>m＝-1，0，1其中∫是時(shí)間t從(k－1)T至kT的積分，Sik(t)是第i個(gè)通話裝置在第k個(gè)符號(hào)時(shí)刻的擴(kuò)展碼序列，除了在由時(shí)間期間[(k－1)T，kT]限定的符號(hào)期限內(nèi)外，其它時(shí)候Sik(t)都為零，T是符號(hào)長(zhǎng)度，τi是從所述第i個(gè)通話裝置接收的信號(hào)的相對(duì)延遲時(shí)間，*是共軛復(fù)數(shù)。
全文摘要
一個(gè)行列式，它代表來(lái)自L個(gè)通行裝置的碼分多路復(fù)用傳送符號(hào)矢量b(k)的序列與考慮到與發(fā)送信號(hào)的擴(kuò)展代碼序列之間的互相關(guān)接收信號(hào)的去擴(kuò)展輸出向量y(k)序列之間的關(guān)系，該行列式被限定在符號(hào)時(shí)刻k的±g符號(hào)持續(xù)時(shí)間范圍內(nèi)，在該限定范圍之內(nèi)的接收信號(hào)的去擴(kuò)展輸出被輸入給2g+1階移往寄存器24。另一方面，對(duì)限定范圍內(nèi)的每一符號(hào)持續(xù)期限而言，由部分相關(guān)計(jì)算部件26相應(yīng)于h＝-g，...，g計(jì)算部分相關(guān)矩陣R
文檔編號(hào)H04B1/69GK1124546SQ9519020
公開(kāi)日1996年6月12日 申請(qǐng)日期1995年4月21日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月22日
發(fā)明者三木義則, 松本正, 河原敏朗 申請(qǐng)人:Ntt移動(dòng)通信網(wǎng)株式會(huì)社