專利名稱：用于cdma信號正交化的方法和設(shè)備的制作方法
背景本發(fā)明總的涉及無線通信系統(tǒng)，更具體地，涉及使直接序列碼分多址(DS-CDMA)通信系統(tǒng)中多址干擾的影響最小化。
直接序列碼分多址(DS-CDMA)技術(shù)正在應(yīng)用到蜂窩和個人無線通信系統(tǒng)中。采用這樣的方法，所有信號同時共享同一個頻譜。例如，假定用戶i通過發(fā)送bisi(k)，即信息符號bi和碼序列或特征序列si(k)的乘積，來傳送信息符號bi。通過使用對于不同用戶的不同特征序列，特定用戶的信息符號可藉助于把接收的信號和用戶的已知特征序列進(jìn)行相關(guān)來確定。因?yàn)檫@些代碼很少是正交的，所以分離是不完全的，因此這些信號就相互干擾，從而惡化了性能。
用于處理CDMA系統(tǒng)中干擾的一個方法是實(shí)行某種形式的相減式解調(diào)，其中每個信號，從最強(qiáng)信號開始，被解調(diào)，然后從復(fù)合的接收信號中被減去。如果每個信號的正確的幅度和相位以及信息符號值都已知道，那么減法就是完全的，且只有所關(guān)心的特定信號被減去。這樣的方法已在A.J.Viterbi的“Very low rate convolutional codes formaximum theoretical performance of spread-spectrum multiple-accesschannels(用于擴(kuò)頻多址信道最大理論性能的很低速率卷積碼)”IEEEJ.Select.Areas Commun.，Vol.8，pp641-649，May 1990中被描述。
實(shí)際上，幅度，相位和符號值或者是未知的，或者是必須被估值的，這就產(chǎn)生了導(dǎo)致相減誤差的估值噪聲。估計這些值的一個方法是把接收的數(shù)據(jù)和已知的特征序列進(jìn)行相關(guān)。當(dāng)進(jìn)行相減時，此方法有效地使全部與要被去除的信號平行(align with)的接收信號分量不再存在，包括少量的所有其它信號。這種形式的相減式解調(diào)在授予給Dent的美國專利5,151,919中被描述，專利內(nèi)容在此引用以供參考。并行減法以及串行減法都是可能的。
因?yàn)榉龋辔缓头柟乐凳菐в性肼暤?，所以產(chǎn)生減法誤差，它會積累起來損害性能。特別是，可以看到當(dāng)去除第二信號時，噪聲會出現(xiàn)在與被去除的第一信號平行的結(jié)果信號中。同樣地，當(dāng)去除第三信號時，噪聲出現(xiàn)在與頭兩個信號平行的結(jié)果信號中。因此就需要有一種方法來消除或減少由減法處理引入的噪聲到最小。概要按照本發(fā)明，傳統(tǒng)的CDMA解調(diào)技術(shù)的這些和其它缺點(diǎn)與限制被克服，其中采用了預(yù)正交化過程。該過程可被用來，例如，改進(jìn)從復(fù)合擴(kuò)頻信號中減去CDMA信號的減法運(yùn)算，或改進(jìn)在復(fù)合擴(kuò)頻信號內(nèi)CDMA信號的檢測。
按照示例性實(shí)施例，Gram-Schmidt(格拉姆-施密特)正交化過程被用來修正特征序列，其中每個特征序列和擴(kuò)頻復(fù)合信號中的一個特定CDMA信號相關(guān)。這些修正的特征序列然后可被用來擴(kuò)展由原始特征序列與接收的復(fù)合信號的相關(guān)(例如，改進(jìn)每個CDMA信號的減法)或在相關(guān)處理中改進(jìn)檢測。按照本發(fā)明的預(yù)正交化消除或減弱了在采用傳統(tǒng)CDMA解調(diào)技術(shù)時會發(fā)生的噪聲的產(chǎn)生。附圖概述結(jié)合附圖閱讀以下的詳細(xì)說明，將會更容易理解上述的和其它的目的、特性與優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1是減法處理的幾何說明；圖2是按照本發(fā)明示例性實(shí)施例的信號處理的方框圖；圖3是按照本發(fā)明的示例性處理器級的方框圖；圖4是處理器級的另一個示例性實(shí)施例的方框圖；圖5是本發(fā)明的另一個示例性實(shí)施例的方框圖；圖6是本發(fā)明的又一個示例性實(shí)施例的方框圖；以及圖7說明按照本發(fā)明示例性實(shí)施例的符號定時。詳細(xì)說明按照本發(fā)明示例性實(shí)施例，使用了預(yù)正交化方法，它是部分基于用于使序列正交化的Gram-Schmidt過程。下面詳細(xì)描述Gram-Schmidt過程。按照本發(fā)明的預(yù)正交化方法，例如，可以以兩種方式被使用。首先，這些方法可通過減小在相減式解調(diào)接收機(jī)中的減法誤差而改進(jìn)減法。第二，可通過在檢測過程中藉助于把接收的信號和彼此之間相互正交的修正的特征序列進(jìn)行相關(guān)來消除干擾而使用這些方法來改進(jìn)檢測。
改進(jìn)的相減方法首先通過使用一個例子來描述，其中在給定的符號間隔期間的接收信號r(n)是三個信號的組合，因此r(n)＝c1b1s1(n)+c2b2s2(n)+c3b3s3(n) (1)其中ci是模擬信號的幅度和相位的復(fù)數(shù)信道增益。為了簡化討論，假定信號1是最強(qiáng)的，信號2是次強(qiáng)的，等等。
采用傳統(tǒng)的相減式解調(diào)，第一個(最強(qiáng)的)信號被檢測，然后被去除。檢測是通過把接收信號和si(n)的復(fù)共軛進(jìn)行相關(guān)而進(jìn)行的。(如果序列是實(shí)數(shù)值，例如±1，則不需要取共軛)。這給出了檢測統(tǒng)計值z1，它可被表示為z1=1NΣn=1Nr(n)s1*(n)---(2)]]>但在執(zhí)行時除以N的除法通常被省略，以便減少系統(tǒng)的復(fù)雜性。上標(biāo)*號表示復(fù)共軛。這個檢測統(tǒng)計值可通過把(1)式代入(2)式來分析得出z1＝c1b1+c2b2R21+c3b3R31(3)其中Rab=1NΣk=1Nsa(k)sb*(k)---(4)]]>是特征序列a和b的互相關(guān)，且上標(biāo)“*”號表示復(fù)共軛?？梢钥吹?，(3)式中第一項(xiàng)，即c1b1，表示想要的信號，而其余項(xiàng)表示干擾。
解調(diào)使用檢測統(tǒng)計值z1來確定被輸送的信息。例如，如果c1已知或被估值，且b1是±1，那么z1可被乘以c1*，且乘積實(shí)部的正負(fù)號可被取為被檢測的b1值。如果使用差分調(diào)制，則可把z1乘以先前的z1值的共軛值，以確定所發(fā)送的信息。通常，使用檢測統(tǒng)計值z1以確定信息的方式取決于所使用的調(diào)制類型和接收機(jī)的能力，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。
為了去除信號1，把接收信號和s1(n)相關(guān)，給出對幅度、相位連同符號值的估值。這就是檢測統(tǒng)計值z1。所以，去除信號1后的接收信號，即以r1表示的結(jié)果信號，可以表示為r1(n)＝r(n)-z1s1(n) (5)注意到，平行于第一信號的全部接收信號分量已被去除，因?yàn)閞1(n)和s1(n)進(jìn)行相關(guān)，得出了1NΣn=1Nr1(n)s1*(n)=z1-z1=0---(6)]]>接著，信號2被解調(diào)，以及被去除。信號2的檢測統(tǒng)計值通過把r1(n)和s2(n)進(jìn)行相關(guān)而被得到，這樣z2=1NΣn=11r1(n)s2*(n)---(7)]]>這個檢測統(tǒng)計值可通過把式(5)，(3)和(1)代入式(7)而被分析，得出z2=1NΣn=1N[r(n)-z1s1(n)]s2*(n)---(8)]]>＝c1b1R12+c2b2+C3b3R32-z1R12＝c1b1R12+C2b2+c3b3R32-c1b1R12-C2b2R21R12-c3b3R31R12＝c2b2(1-|R21|2)+c3b3(R32-R31R12)其中，使用了Rba＝Rab*的性質(zhì)。從式(8)中可以看到兩點(diǎn)。首先，由于在最后表達(dá)式中沒有c1項(xiàng)，所以信號1不干擾信號2。第二，當(dāng)信號1被去除時，信號2的一部分也被去除，正如通過從信號項(xiàng)c2b2中減去|R21|2所看到的。
然后，第二個信號被從擴(kuò)頻復(fù)合信號中去除，產(chǎn)生另一個結(jié)果信號r2(n)，如下為r2(n)＝r1(n)-z2s2(n) (9)這個第二個剩余信號沒有沿第二信號的特征序列的平行的分量。然而，在構(gòu)成第二剩余信號時，沿第一信號的特征序列已引入了能量。這可通過把第二剩余信號和第一特征序列進(jìn)行相關(guān)而看到，相關(guān)值給出x=1NΣn=1Nr2(n)s1*(n)---(10)]]>這個相關(guān)值可通過把式(9)，(8)，(5)，(3)和(1)代入式(10)而被分析，給出x=1NΣn=1N[r(n)-z1s1(n)-z2s2(n)]s1*(n)]]>＝z1-z1-z2R21(11)＝-[c2b2(1-|R21|2)+c3b3(R32-R31R12))]R21可以看到，x不一定是零，這表明平行于第一信號的能量已被引入。因此，沿第一信號的能量不再像是在式(5)的第一信號最初去除后那樣地被除掉或是零。這個新引入的能量不取決于第一信號強(qiáng)度，而是取決于第二和第三信號強(qiáng)度。因此，當(dāng)檢測第三信號時，來自第二信號的干擾將出現(xiàn)。這可由構(gòu)成第三信號檢測統(tǒng)計值而看到z3=1NΣn=1Nr2(n)s3*(n)---(12)]]>這個統(tǒng)計值可通過把式(9)，(8)，(5)，(3)和(1)代入式(12)而被分析，給出z3=1NΣn=1N[r(n)-z1s1(n)-z2s2(n)]s3*(n)]]>＝c1b1R13+c2b2R23-c3b3-z1R13-z2R23＝c1b1R13+c2b2R23+c3b3-c1b1R13-c2b2R21R13-c3b3|R31|2(13)-c2b2(1-|R21|2)R23-c3b3|R32|2+c3b3R31R12R23＝c3b3[1-|R31|2-|R32|2+R31R12R23]+c2b2[|R21|2R23-R21R13]注意到，在式(13)中有正比于c2的干擾項(xiàng)，這是指第二信號干擾第三信號，即使在式(9)構(gòu)成r2(n)時使沿著第二信號的特征序列的所有能量被除掉。
這個問題，例如，可通過把信號看作為矢量而在幾何上看到。在圖1中，頭兩個信號(即，在擴(kuò)頻復(fù)合信號中最強(qiáng)的兩個信號)被顯示為矢量v1和v2。第二個信號v2也被顯示為兩個分矢量的和，一個(即，矢量10)平行于第一信號v1，及一個(即，矢量12)正交于第一信號。當(dāng)?shù)谝恍盘柋蝗コ龝r，第二信號的平行于第一信號的分量也被去除。這樣，矢量10被去除，留下矢量12。矢量12也可被表示為兩個分矢量的和，例如是平行于第二信號v2的矢量14和正交于第二信號v2的矢量16。第二信號通過去除所有平行于矢量v2的分量而被去除。這樣，矢量16被去除，但矢量14末被去除，就在剩余信號中留下第二信號的一部分?？梢钥吹剑噶?6具有在矢量v1上的非零的投影，所以，第二信號殘余能量的一部分平行于第一信號軸。
從這種矢量的觀點(diǎn)，當(dāng)去除第二信號時，最好去除所有沿矢量12的能量，而不是去除所有沿矢量v2的能量。這就去除了以后造成干擾的第二信號的殘余能量。注意到，矢量12是正交于矢量v1的矢量v2的一部分。Gram-Schmidt過程可被用來確定這個分量。
在W.L.Brogan著的“Modern Control Theory(現(xiàn)代控制理論)”，Englewood Cliffs，NJPrentice-Hall，1982中第4.7節(jié)說明了Gram-Schmidt過程，該內(nèi)容在此引用以供參考。按照以下過程從原始特征序列si(n)構(gòu)成Gram-Schmidt序列ui(n)u1(n)＝t1(n)＝s1(n) (14a)ti(n)=si(n)-Σm=1i-1C(sm*,tm)C(tm,tm)tm(n)---(14b)]]>ui(n)=ti(n)/C(ti,ti)---(14c)]]>其中C(x,y)=Σk=1Nx(k)y*(k)---(15)]]>可以看到C(sa，sb)＝NRab(16)當(dāng)減去一個信號時，Gram-Schmidt序列可以被使用，這樣，按照本發(fā)明的示例性實(shí)施例的減法過程可被給出為r′0(n)＝r(n)(17a)r′i(n)＝r′i(n-1)-C(r′i-1，ui)ui(n)(17b)用于簡化式(17b)的一個方法是注意到式(14c)的平方根項(xiàng)出現(xiàn)兩次，因?yàn)閡i出現(xiàn)兩次，所以式(17b)可被重新寫為r′i(n)=r′i(n-1)-C(r′i-1,ti)C(ti,ti)ti(n)---(18)]]>避免了可能是難于實(shí)現(xiàn)的平方根函數(shù)。用于簡化式(17b)的第二個方法是注意到把r’i-1和ti進(jìn)行相關(guān)等同于把r’i-1和si進(jìn)行相關(guān)。這是因?yàn)閺氖?14b)，ti可被表示為si加上沿sk的分量，其中k＜i。因?yàn)閞’i-1沒有沿原先信號的分量，和這些分量的相關(guān)值都是零。所以，減法可被表示為r′i(n)=r′i(n-1)-C(r′i-1,si)C(ti,ti)ti(n)=r′i(n-1)-z′iC(ti,ti)ti(n)]]>＝r′i(n-1)-z′it′i(n) (19)其中z′i=Σn=1Nr′i-1(n)si*(n)---(20)]]>t′i=ti(n)C(ti,ti)---(21)]]>注意到z’i可被用作為檢測統(tǒng)計值。在構(gòu)成z’i時使用原始特征序列是有利的，因?yàn)檫@些序列典型地是±1的值，這樣相關(guān)可用加法和減法來實(shí)現(xiàn)。ti(n)序列以及它和自身的相關(guān)可被預(yù)先計算，并被存儲在接收機(jī)中，如同t’i(n)序列可以的那樣。
這樣，按照本發(fā)明的示例性實(shí)施例，通過使用檢測統(tǒng)計值和修正的特征序列實(shí)行減法運(yùn)算，其中修正序列是互相正交的。現(xiàn)在通過使用原先的例子給出本發(fā)明的這個示例性實(shí)施例的說明。第一信號以和上述的相同方式被解調(diào)和被去除，因?yàn)閡1(n)＝s1(n)。然而，第二個信號以不同的方式被去除。不使用式(9)，第二個剩余信號被構(gòu)成為r′2(n)=r1(n)-z′2C(t2,t2)t2(n)---(22)]]>從上面列出的Gram-Schmidt過程，t2(n)=s2(n)-C(s2,s1)Ns1(n)=s2(n)-R21s1(n)---(23)]]>C(t2，t2)＝N(1-|R21|2)(24)所以，式(22)可通過把式(24)，(23)，(8)和(5)代入式(22)而被分析，給出r′2(n)=r(n)-z1s1(n)-z21-|R21|2[s2(n)-R21s1(n)]---(25)]]>通過把式(3)和(1)代入式(25)，繼續(xù)進(jìn)行分析，給出r′2(n)＝c1b1s1(n)+c2b2s2(n)+c3b3s3(n)-[c1b1+c2b2R21+c3b3R31]s1(n)-11-|R21|2[c2b2(1-|R21|2)+c3b3(R32-R31R12)]s2(n)]]>+R211-|R21|2[c2b2(1-|R21|2)+c3b3(R32-R31R12)]s1(n)]]>=[c3b3(R32R21-R31|R12|2)1-|R21|2-c3b3R31]s1(n)]]>-c3b3(R32R31R12)1-|R21|2s2(n)+c3b3s3(n)---(26)]]>現(xiàn)在將證明r’2(n)沒有沿信號1或沿信號2的分量。使用式(26)計算r’2(n)與信號1的相關(guān)，x1=1NΣn=1Nr′2(n)s1*(n)]]>=[c3b3(R32R21-R31|R12|2)1-|R21|2-c3b3R31]]]>-c3b3(R32-R31R12)1-|R21|2R21+c3b3R31---(27)]]>＝0同樣，使用式(26)計算r’2(n)與信號2的相關(guān)，x2=1NΣn=1Nr′2(n)s2*(n)]]>=[c3b3(R32R21-R31|R12|2)1-|R21|2-c3b3R31]R12]]>-c3b3(R32-R31R12)1-|R21|2+c3b3R32---(28)]]>=c3b3R32|R21|2-R31R12|R21|2-R31R12(1-|R21|2)1-|R21|2]]>-c3b3R32-R31R12-R32(1-|R21|2)1-|R21|2]]>=c3b3R32|R21|2-R31R12+R31R12-R32|R21|21-|R21|2]]>＝0
這樣，按照本發(fā)明的這個示例性實(shí)施例，通過信號處理得到的新的剩余信號r’2沒有沿信號1和2的分量。另外，在式(26)中對于r’2的最后表達(dá)式不存在復(fù)數(shù)增益c1和c2。這樣，當(dāng)檢測信號3時，不存在來自信號1和2的干擾。
圖2顯示了用于實(shí)現(xiàn)上述的信號處理以提供這種預(yù)正交化的改進(jìn)的減法形式的示例性系統(tǒng)。天線202接收無線信號，該信號被無線處理器204處理以提供復(fù)數(shù)值的基帶碼片(chip)樣本。以方框204為例說明的無線處理在技術(shù)上是熟知的，它包括濾波，放大，混頻和采樣操作。結(jié)果的基帶信號被提供給第1級處理器206，它產(chǎn)生對于信號1的z’1、最強(qiáng)信號的檢測統(tǒng)計值，以及代表去除了信號1的接收信號的剩余信號r’1。這個剩余信號被提供給第2級處理器208，它除了是對信號2作用以外，都類似于第1級處理器。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會看到，在圖2的接收機(jī)中可提供任意數(shù)目的處理級，這取決于要得出的信號的所想要的個數(shù)。
圖3給出了示例性處理器級的方框圖。到達(dá)處理器級的輸入在相關(guān)器302中和由序列發(fā)生器304提供的特征序列進(jìn)行相關(guān)。因?yàn)檫@些序列典型地是±1，所以相關(guān)器302可通過使用加法和減法邏輯來實(shí)現(xiàn)。相關(guān)器302的輸出是檢測統(tǒng)計值z’，它被接收機(jī)的其余部分用來確定在相應(yīng)信號上發(fā)送的信息，它也被提供給擴(kuò)頻器(spreader)306，在其中它和由修正序列發(fā)生器308提供的修正序列進(jìn)行擴(kuò)頻。修正序列t’i(n)可如上述地被生成。
因?yàn)闄z測統(tǒng)計值和修正序列都是非二進(jìn)制的，例如，±1，±2，±3等，所以擴(kuò)頻器306通常需要執(zhí)行乘法。擴(kuò)頻器306的輸出被提供給加法器310，它從已被延時單元312延時的處理器級輸入中減去擴(kuò)頻器306的輸出。加法器310的輸出就是剩余信號，r’(n)。
另一個實(shí)現(xiàn)方案也是可能的，其中基帶信號被存儲在緩存器中。當(dāng)剩余信號形成時，它被用來重寫緩存器中的接收信號?？梢允褂秒p緩沖，這樣在接收更多的數(shù)據(jù)時，可處理部分?jǐn)?shù)據(jù)。
一個實(shí)現(xiàn)方案關(guān)心的問題是修正序列t’i(n)是非二進(jìn)制的。這樣，擴(kuò)頻器306把非二進(jìn)制碼片值和非二進(jìn)制檢測統(tǒng)計值相乘N次，即每個碼片樣本乘一次。乘法次數(shù)可通過以系數(shù)aik和原始序列來表示t’i(n)而被減少，這樣t′i(n)＝aiisi(n)+ai，i-1si-1(n)+…+ai，1s1(n)(29)然后，被減去的信號被給出為z′it′i(n)＝z′iaiisi(n)+z′iai，i-1si-1(n)+…+z′iai，1si(n)(30)因此，減法可通過以下步驟來完成首先只形成i個乘積，aikz’i，其中k＝1到i，然后通過把來自每個接收的碼片值的這些乘積進(jìn)行相加或相減而實(shí)現(xiàn)減法，這取決于原始特征序列值的正負(fù)號。這種形式的減法，其中第i個信號的減法是通過使用i次減法而實(shí)現(xiàn)的，可以順序地或并行地進(jìn)行。
圖4顯示了處理器級的這個示例性實(shí)施例的順序形式，其中和先前圖中相同的單元用相同的參考數(shù)字表示。該輸入在相關(guān)器302中和由序列發(fā)生器304提供的特征序列進(jìn)行相關(guān)。結(jié)果是檢測統(tǒng)計值z，它被存儲在緩存器402中。然后，對于一次或多次迭代，緩存器402的輸出在乘法器404中和由系數(shù)發(fā)生器406提供的系數(shù)進(jìn)行相乘，以產(chǎn)生乘積，它在受控的累加器408中的每個單元被相加或相減，這取決于由序列發(fā)生器提供的控制信息。在受控的累加器408中有N個單元，每個碼片樣本一個單元，這些單元開始裝有接收的碼片樣本。對于式(30)右端的每一項(xiàng)執(zhí)行一次迭代。在迭代完成后，受控的累加器408的累加結(jié)果作為輸出被提供。
使用按照本發(fā)明的預(yù)正交化的第二種方法是用于改進(jìn)的檢測，這樣信號的減法可被省去?；鞠敕ㄊ峭ㄟ^使用修正的特征序列，即使用ti，t’i，或ui，來檢測信號。例如，按照本示例性實(shí)施例的檢測統(tǒng)計可被給出為zi=Σn=1Nr(n)ti*(n)---(31)]]>因?yàn)榈诙拚卣餍蛄姓挥诘谝恍蛄?，所以避免了由于第一信號存在而引起的干擾。同樣地，第三修正序列正交于頭兩個序列。
圖5顯示了這種預(yù)正交化檢測形式的示例性實(shí)現(xiàn)方案。其中，天線202接收無線信號，該信號被無線處理器204處理，以提供復(fù)數(shù)值的基帶碼片樣本。結(jié)果的基帶信號被提供給相關(guān)器502，該基帶信號和由修正序列發(fā)生器504提供的修正序列進(jìn)行相關(guān)。結(jié)果給出對于特定信號的檢測統(tǒng)計Z’。因?yàn)榻邮盏臄?shù)據(jù)樣本是非二進(jìn)制的，且修正序列是非二進(jìn)制的，所以相關(guān)器502典型地會包括乘法器。如果要檢測一個以上的信號，那么可使用多個相關(guān)器，或者串行或者并行。替換地，無線處理器204的輸出可被緩存，這樣對于相應(yīng)于不同信號的不同的修正序列，同一個相關(guān)器可被重復(fù)地使用。
一個實(shí)現(xiàn)方案關(guān)心的問題是修正序列t’i，ti，或ui，是非二進(jìn)制的。這樣，相關(guān)器502把非二進(jìn)制碼片值和非二進(jìn)制接收數(shù)據(jù)樣本相乘N次，即每個碼片樣本一次。乘法次數(shù)可以通過以參量bik和原始序列s(n)來表示修正序列例如t’i而被減少，這樣t′i(n)＝si(n)+bi，i-1si-1(n)+…+bi，1s1(n) (32)把式(32)代入式(31)，檢測統(tǒng)計變成為Zi＝y(tǒng)i+bi，i-1yi-1+…+bi，1y1(33)其中yk=Σn=1Nr(n)sk*(n)---(34)]]>因而，檢測統(tǒng)計可通過首先把數(shù)據(jù)和原始序列進(jìn)行相關(guān)而得到，該相關(guān)可用加法和減法來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閟i(n)典型地取值±1。然后，最后的檢測統(tǒng)計通過把yi只累加i-1個乘積，aikyk，其中k＝1到i-1，而得到。這樣，乘法次數(shù)可被減少。這個示例性檢測形式，其中第i個信號的檢測是通過使用i-1次加法而實(shí)行的，可以順序地或并行地完成。
注意到，yk值與i無關(guān)，即與被檢測的信號無關(guān)。事實(shí)上，y1是第一信號的檢測統(tǒng)計。另外，當(dāng)計算z2時，需要y2。因而，yk值可被串行或并行地被計算一次，并被存儲在接收機(jī)的存儲器件中(圖上未示出)。另外，bi，k只取決于特征序列，所以它們可被預(yù)先計算或只是很少被計算。這樣，第i個檢測統(tǒng)計可通過把接收信號和原始的第i個特征序列進(jìn)行相關(guān)，然后加上和已被存儲的原先的檢測統(tǒng)計有關(guān)的相關(guān)項(xiàng)而被構(gòu)成。
圖6顯示了通過使用按照本發(fā)明的預(yù)正交化，基于并行相關(guān)但是串行檢測，用于改進(jìn)的檢測的另一個示例性實(shí)施例。天線202接收無線信號，該信號被無線處理器204處理以提供復(fù)數(shù)值基帶碼片樣本。結(jié)果的基帶信號被提供給相關(guān)器組302，它們把接收信號和由序列發(fā)生器304提供的特征序列進(jìn)行相關(guān)。結(jié)果是被存儲在緩存器602中的相關(guān)值yk。為了檢測特定的信號，一系列乘積通過在乘法器404中把緩存器602的輸出與由參量發(fā)生器604提供的參量相乘而被構(gòu)成。這些乘積在累加器606中被累加，該累加器被初始化為零。為了檢測另一個信號，累加器被復(fù)位為零，并重復(fù)與相應(yīng)于其它信號的參量進(jìn)行相乘和累加運(yùn)算。
通常，相減CDMA方案可以以串行或并行形式來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明適用于這兩種形式?？紤]一個實(shí)例，其中一組K個信號被并行地解調(diào)。通過使用改進(jìn)的檢測預(yù)正交化方法，每個特征序列相對于該組中其它特征序列被預(yù)正交化。這樣，就有K個Gram-Schmidt過程，每個過程有列表底部的不同序列。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會看到，本發(fā)明可被應(yīng)用到其它形式的并行減法。另外，本技術(shù)可被用作為遞歸解調(diào)方案的第一級，例如在M.K.Varanasi and B.Aazhang，“Multistate detection inasynchronous code-division multiple-acccess communications，(異步碼分多址(CDMA)通信中的多狀態(tài)檢測)”IEEE Trans.Commun.，vol.38，pp.509-519，Apr.1990中所描述的，該文章在此引用，以供參考。
雖然到此為止給出的例子都相應(yīng)于一種形式的DS-CDMA，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會看到，本發(fā)明很容易應(yīng)用到其它形式的DS-CDMA。通常，對于用戶i的M進(jìn)制符號，被表示為bi，可通過發(fā)送與用戶i有關(guān)的M個可能的特征序列中的一個特征序列(被表示為si，k(n))而被發(fā)送。可以看到，到此為止的例子是si，k(n)＝bisi(n)的特定情況。在這些例子中，當(dāng)使平行于si(n)的分量為零時，實(shí)際上沿所有si，k(n)的所有分量都為零，因?yàn)樗衧i，k(n)都正比于si(n)。這樣，零點(diǎn)不依賴于哪個符號被檢測到，防止了任何形式的判決反饋誤差。
然而，對于一般情況，這不一定成立。有兩種方法。第一種方法，只使被檢測信號被去除(為零)，這樣零位出現(xiàn)在沿被檢測的si，k(n)上，而不是在沿其它序列上。這就使減法次數(shù)最小化，但有這樣的可能性，即當(dāng)錯誤符號被檢測時會使錯誤序列被去除(為零)。通過延遲進(jìn)行減法直到進(jìn)一步的處理(例如信道譯碼)可被加到改進(jìn)的檢測為止，可以提高性能。有一個特例，即當(dāng)信號正好是已知的引導(dǎo)信號時，這樣可以減去已知的si，k(n)而不是檢測的信號。
第二種方法，零位出現(xiàn)在所有si，k(n)上，而不管哪個信號被檢測到。優(yōu)點(diǎn)是避免了判決誤差反饋。缺點(diǎn)是每個信號必須進(jìn)行M次減法。因?yàn)槊看螠p法也會去除少許剩余信號，所以這造成剩余信號能量的較大損耗。一種混合方法是使si，k(n)序列的一個子集被去除，例如，相應(yīng)于第一，第二，…最佳檢測統(tǒng)計的子集被去除。
DS-CDMA的另一個特例被描述于前面引用過的授權(quán)給Paul W.Dent的美國專利No.5,151,919。采用這種方法，Walsh-Hadamard(WH)編碼被用來擴(kuò)展信號，且用戶可通過把用戶-特定的擾頻掩碼加到WH碼字而被區(qū)分。本發(fā)明可通過使用一系列去擾頻和快速沃爾什(Walsh)變換運(yùn)算而被應(yīng)用到這個系統(tǒng)。由于M個可能的WH碼字跨越N維序列空間，所以執(zhí)行M次減法的第二種方法是不可能的，因?yàn)檫@會使整個接收信號被去除(為零)。然而，第一種方法是可能的，其中可在Walsh域或在時域進(jìn)行調(diào)零。
雖然在接收機(jī)中的預(yù)正交化已加以描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易看到，預(yù)正交化可被應(yīng)用到發(fā)射機(jī)上，這樣發(fā)送的信號是正交的，但不一定是±1的值。一種有趣的情況是當(dāng)引導(dǎo)信號是與一個或多個用戶信號一起被發(fā)送時。通過相對于引導(dǎo)信號把用戶信號預(yù)正交化，來自用戶信號的干擾被去除，這樣，接收機(jī)可得到更好的引導(dǎo)信號，因而得到更好的信道估值以及定時。在接收端，原始特征序列仍可被用于檢測目的。
在發(fā)射機(jī)中預(yù)正交化的另一個用途是避免在蜂窩系統(tǒng)中的蜂窩區(qū)之間的干擾。在一個蜂窩區(qū)中所使用的序列，它們可以是已正交化的或被修正為正交化的，可以被做成與在一個或多個相鄰蜂窩區(qū)中使用的序列正交。這樣，在相鄰蜂窩區(qū)中使用的修正特征序列不會相互干擾，或它們相互間較少干擾。
圖7顯示了使用預(yù)正交化的發(fā)射機(jī)的示例性實(shí)施例。信息源702提供要被發(fā)送的信息，典型地是二進(jìn)制信息符號。這些符號在擴(kuò)頻器704中藉使用由發(fā)生器706提供的修正特征序列而被擴(kuò)頻。擴(kuò)頻信號在調(diào)制器708中被調(diào)制。然后藉使用發(fā)射天線710被輸送到傳輸媒介中。典型地，會發(fā)射多個信號，如在圖8中所示，其中和圖7中的單元相同的單元使用相同的參考數(shù)字。在調(diào)制和發(fā)送之間，多個擴(kuò)頻信號在加法器807中被相加在一起。
至今為止，所給出的例子是所有用戶信號都是同步的情況。有些情形不是這樣的情況，即用戶是異步的。圖9給出了一個例子。在這個例子中，用戶A的第一和第二符號與用戶B的第一符號相重迭。把改進(jìn)的減法預(yù)正交化應(yīng)用到異步傳輸?shù)囊粋€方法如下所述。首先，用戶A的第一和第二符號被檢測并從復(fù)合信號中被去除。然后，用戶B的第一符號被檢測和被去除。當(dāng)去除用戶B的第一符號時，相對于用戶A的混合序列實(shí)行預(yù)正交化，其中該混合序列是通過獲取用戶A的第一個檢測的符號的后一部分及附加上用戶A的第二個檢測的符號的前一部分而被得到的。采用改進(jìn)的檢測方案，就出現(xiàn)了相對于混合序列的類似的預(yù)正交化。
至今為止，給出的例子是對于頻率非選擇性信道的，其中沒有由于時間擴(kuò)散引起的回波。事實(shí)上，許多CDMA系統(tǒng)經(jīng)受了時間擴(kuò)散。預(yù)正交化方法可容易地擴(kuò)展到這種情況。首先，構(gòu)成對于最強(qiáng)信號(即信號A)的每個影象(image)的檢測統(tǒng)計，其中每個影象是信號射線或信號回波。然后，通過使用例如Rake組合，把這些統(tǒng)計組合在一起，以產(chǎn)生對于用戶A的總的統(tǒng)計。接著，所有的或某些信號A的射線被去除。然后，信號B被檢測。當(dāng)去除信號B時，預(yù)正交化可以以多種方式發(fā)生。首先，信號B的每條射線可以相對于信號A的所有射線，以及可能相對于信號B的其它射線被預(yù)正交化。為了減少復(fù)雜性，可能希望只對其它射線的子集預(yù)正交化信號B的每個射線，或許甚至只對于平行于信號B的射線的信號A的射線(如果存在的話)預(yù)正交化信號B的射線。然后，繼續(xù)進(jìn)行對于后續(xù)信號的處理。雖然此例子是基于本發(fā)明的減法方法，但類似的例子可基于檢測方法被給出。
在時間擴(kuò)散的情況下，預(yù)正交化也可以以其它方式被使用。首先，當(dāng)對于信號的每個影象或射線構(gòu)成檢測統(tǒng)計時，按照本發(fā)明的檢測預(yù)正交化可被應(yīng)用于特征序列的不同移位，防止在構(gòu)成統(tǒng)計時的射線間干擾或自干擾。第二，當(dāng)減去信號射線時，改進(jìn)的相減預(yù)正交化可被應(yīng)用于特征序列的不同移位，防止來自對于一個信號的一系列減法的相減誤差。預(yù)正交化在檢測射線是否存在時也是有用的。例如，已知的射線可首先被去除，以及修正序列可被用于對可能的射線的檢測。
本發(fā)明可被應(yīng)用于各種不同的應(yīng)用，例如蜂窩或PCS通信系統(tǒng)。它也可被應(yīng)用于分組無線系統(tǒng)，例如基于Aloha的系統(tǒng)，這樣當(dāng)出現(xiàn)分組沖突時，仍舊可能解調(diào)一個以上的分組。雖然所給出的特定實(shí)施例使用基帶信號處理技術(shù)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易看到，本發(fā)明可被應(yīng)用到中頻處理技術(shù)，包括模擬器件的使用。例如，相關(guān)器功能可通過使用乘法器和濾波器而在中頻實(shí)現(xiàn)。
雖然此處已描述和說明了本發(fā)明的示例性實(shí)施例以便于理解本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不被限制于此，因?yàn)榭捎杀绢I(lǐng)域技術(shù)人員作出修改。本申請期待著屬于在此揭示的和權(quán)利要求所要求保護(hù)的基本的發(fā)明精神和范圍內(nèi)的任何的或全部的修改。
權(quán)利要求
1.一種接收機(jī)，包括用于接收復(fù)合信號的裝置；用于處理所述復(fù)合信號以產(chǎn)生處理的復(fù)合信號的裝置；用于把所述處理的復(fù)合信號和多個特征序列進(jìn)行相關(guān)以產(chǎn)生至少一個相關(guān)值的裝置；用于通過使用所述至少一個相關(guān)值來檢測在所述復(fù)合信號內(nèi)的一個特定信號的裝置；用于修正所述特征序列以產(chǎn)生修正特征序列的裝置；以及用于通過使用所述修正特征序列從所述處理的復(fù)合信號中去除所述特定信號的裝置。
2.權(quán)利要求1的接收機(jī)，其特征在于，其中所述用于修正所述特征序列的裝置還包括用于相對于所述多個特征序列中的其它特征序列正交化所述多個特征序列的裝置。
3.權(quán)利要求1的接收機(jī)，其特征在于，其中所述復(fù)合信號被調(diào)制為直接序列CDMA信號。
4.權(quán)利要求2的接收機(jī)，其特征在于，其中用于正交化的裝置使用Gram Schmidt過程來正交化所述多個特征序列的每個序列。
5.一種接收機(jī)，包括用于接收復(fù)合信號的裝置；用于處理所述復(fù)合信號以產(chǎn)生處理的復(fù)合信號的裝置；用于把所述處理的復(fù)合信號和多個特征序列進(jìn)行相關(guān)以產(chǎn)生至少一個相關(guān)值的裝置；用于通過使用所述至少一個相關(guān)值來檢測在所述復(fù)合信號內(nèi)的一個特定信號的裝置；以及用于通過一序列減法從所述處理的復(fù)合信號中去除所述特定信號的裝置，所述序列減法通過使用涉及到與所述特定信號有關(guān)的修正特征序列的系數(shù)而被執(zhí)行。
6.權(quán)利要求5的接收機(jī)，其特征在于，還包括用于通過把和所述特定信號有關(guān)的特征序列相對于所述多個特征序列的其它序列進(jìn)行正交化而生成所述修正特征序列的裝置。
7.權(quán)利要求5的接收機(jī)，其特征在于，其中所述復(fù)合信號被調(diào)制為直接序列CDMA信號。
8.權(quán)利要求6的接收機(jī)，其特征在于，其中用于生成的裝置使用Gram Schmidt過程來正交化所述特征序列。
9.一種接收機(jī)，包括用于接收復(fù)合信號的裝置；用于處理所述復(fù)合信號以產(chǎn)生處理的復(fù)合信號的裝置；用于修正與已被組合構(gòu)成所述復(fù)合信號的信號有關(guān)的特征序列的裝置；用于把所述處理的復(fù)合信號和所述修正特征序列進(jìn)行相關(guān)以產(chǎn)生至少一個相關(guān)值的裝置；以及用于通過使用所述至少一個相關(guān)值來檢測在所述復(fù)合信號內(nèi)的一個特定信號的裝置。
10.權(quán)利要求9的接收機(jī)，其特征在于，其中所述用于修正的裝置還包括用于通過把和所述信號有關(guān)的原始特征序列相對于所述原始特征序列中的其它序列進(jìn)行正交化而生成所述修正特征序列的裝置。
11.權(quán)利要求10的接收機(jī)，其特征在于，其中用于生成的裝置使用Gram Schmidt過程來正交化所述特征序列。
12.一種接收機(jī)，包括用于接收復(fù)合信號的裝置；用于處理所述復(fù)合信號以產(chǎn)生處理的復(fù)合信號的裝置；用于把所述處理的復(fù)合信號和特征序列進(jìn)行相關(guān)以產(chǎn)生多個相關(guān)值的裝置；用于組合相應(yīng)于多個特征序列的所述相關(guān)值以產(chǎn)生與特定信號有關(guān)的至少一個統(tǒng)計值的裝置；以及用于通過使用至少一個統(tǒng)計值檢測特定信號的裝置。
13.權(quán)利要求12的接收機(jī)，其特征在于，其中所述組合裝置還包括用于通過把和所述信號有關(guān)的每個原始特征序列相對于所述原始特征序列中的其它序列進(jìn)行正交化而生成修正特征序列的裝置。
14.權(quán)利要求13的接收機(jī)，其特征在于，其中所述用于生成的裝置使用Gram Schmidt過程來正交化所述特征序列。
15.一種發(fā)射機(jī)，包括用于修正多個特征序列以產(chǎn)生修正特征序列的裝置；用于通過使用所述修正特征序列中的一個或多個序列來擴(kuò)展信息以產(chǎn)生多個擴(kuò)頻信號的裝置；用于組合所述擴(kuò)頻信號以產(chǎn)生復(fù)合擴(kuò)頻信號的裝置；以及用于調(diào)制和發(fā)送所述復(fù)合擴(kuò)頻信號的裝置。
16.按照權(quán)利要求15的發(fā)射機(jī)，其特征在于，其中所述用于修正所述特征序列的裝置還包括用于把所述多個特征序列相對于所述多個特征序列中的其它序列進(jìn)行正交化的裝置。
全文摘要
公布了可被用來,例如,改進(jìn)從復(fù)合擴(kuò)頻信號中減去CDMA信號的減法運(yùn)算,或改進(jìn)從復(fù)合擴(kuò)頻信號中對CDMA信號的檢測的正交化技術(shù)。按照示例性實(shí)施例,Gram－Schmidt正交化處理被用來修正特征序列,該序列中的每個序列是和擴(kuò)頻復(fù)合信號中的一個特定CDMA信號有關(guān)。然后這些修正特征序列可被用來擴(kuò)展在減法處理或在檢測處理中原始特征序列的相關(guān)以改進(jìn)性能。按照本發(fā)明的預(yù)正交化消除或減輕了多址干擾。
文檔編號H04J13/04GK1196842SQ96197012
公開日1998年10月21日 申請日期1996年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月26日
發(fā)明者G·E·波托姆萊 申請人:艾利森公司