專利名稱：一種碼分多址系統的干擾抑制方法
技術領域：
本發明涉及CDMA(碼分多址)移動通信系統的干擾抑制技術。
在CDMA移動通信系統中，處于同一基站控制下的不同移動用戶由于傳輸信道的不同，各用戶信號之間無法保證其正交性，因此，在基站接收機接收到的各用戶信號會存在多址干擾。多址干擾(MAI)直接制約著CDMA系統性能。為了抑制多址干擾，人們提出了許多干擾抑制方法，例如文獻“CDMA系統中自適應多級并行干擾抑制方法”(Guaqiang Xue，Jianfeng Weng，Tho Le-Ngoc，Sofiene Tahar“Adaptive Multistage ParallelInterference Cancellation for CDMA”IEEE Journal on Selected Areas inCommun.Vol.17，No.10，Oct.1999)一文中提出的自適應加權多級并行干擾抑制方法，采用了接收信號與各用戶加權后估計再生信號的和之間均方誤差最小的準則來確定權值，即通過均方最小(LMS)算法迭代來實現各用戶各路徑的權值。然而，這種方法在實現中需要多次迭代處理，因此需要一定的收斂時間，收斂速度慢，系統性能穩定時間延長，降低了系統的效率。
針對上述問題，本發明的目的是提供一種碼分多址系統的干擾抑制方法，使用該方法能使系統性能快速穩定，進而提高系統的接收性能。
為達到上述目的，本發明采用的技術方案是一種碼分多址系統的干擾抑制方法，該方法包括以下過程接收機首先將高頻信號變換成基帶信號，然后，分離數據信息和同步控制參數信息，從同步控制參數信息中提取出三個信道參數，一個是為各用戶信號解調解擴提供的必要參數，一個是為再生干擾信號提供的參數，另一個是為誤差統計數據表提供的調整參數；在得到上述必要信道參數信息后，對各用戶信號進行解擴和解調，在進行判決處理及加權處理后，再生出各用戶擴頻調制信號；同時，用延遲后的接收信號減去再生后的干擾用戶調制信號，進行一級多址干擾對消處理，利用對消處理后的誤差信號進行誤差統計處理，計算其一階統計量和二階統計量，根據上述一階和二階統計量查找相應的數據表1和數據表2，用查表得到的數據得到該級權值調整大小的控制量，利用上述控制量控制權值的大小調整用戶信號的加權處理操作，最后，判斷干擾對消級數是否為零，若不為零，則進入下一級干擾對消循環，若為零，就檢測出所期望用戶數據符號。
上面所述利用對消處理后的誤差信號進行誤差統計處理，是對誤差信號進行統計特性處理，即求出誤差信號的均值和方差，其中，誤差信號的均值為E(ek,m(s)(t))=E[r(t)-Σj=1Kwj,m(s)s^j(s)(t)]=E[Σj=1K(sj(t-τj)-wj,m(s)s^j(s)(t-τ^j)];]]>方差為var(ek,m(s)(t))=var[n(t)]+var[Σj=1K(sj(t-τj)-wj,m(s)s^j(s)(t-τj))]]]>=σ2+var[Σj=1K(sj(t-τ)-wj,m(s)s^j(t-τ^j))]]]>
上面所述數據表1存有誤差信號的一階統計均值的期望信息，數據表2存有誤差信號的二階統計方差的期望信息。所述數據表1和數據表2中存儲的數據是經過訓練得到的。
上面所述用查表得到的數據得到該級權值調整大小的控制量是按照下述方法得到的權值調整大小的控制量 。
由上述本發明采用的技術方案可以看出，本發明的優點在于(1)由于本發明在多級并行干擾抑制中采用了誤差二階統計處理來控制再生信號的加權值，使信號估計的歐氏距離小，得到的加權值準確，能夠有效消除各用戶間的多址干擾，系統性能容量得到提高，同時對多級檢測器級數要求少。
(2)由于本發明能夠通過快速查表控制加權值的方法，使得多用戶檢測器處理延遲時間較短。有效保證了信息傳輸的實時性，進行干擾抵消處理速度快，能夠快速有效的控制估計信號的加權值變化，使檢測性能能夠迅速穩定。實驗結果表明，對采用不大于3級的干擾抑制檢測器的系統，系統檢測性能已經有較大提高，因此多級檢測器實現結構相對簡單，設備復雜度較低。
(3)由于本發明采用的數據表中的數據是經過訓練得到的，可以根據系統用戶運行情況進行必要的調整和修改，使系統能夠適應復雜的環境。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的描述。
圖1是統計誤差控制加權并行干擾抑制檢測器整體框圖；圖2是本發明方法的處理流程示意圖。
首先結合DS-CDMA系統(直接序列擴頻碼分多址通信系統)對本發明及其依據的背景進行簡要說明。
在DS-CDMA通信系統中，各用戶信源數據經過二元移相鍵控(BPSK)調制后，得到數據流bk。再將它們與各自的擴頻序列c(n)相乘并相加，然后，將基帶信號變換到高頻，并用天線將信號發射出去。在接收端，首先，將經過無線移動信道傳播的高頻信號用接收天線檢測，再把這些高頻信號變換成基帶信號，然后，用基帶接收機對期望接收的用戶信號解擴和解調，最后得到所需要的用戶信息。由于傳統的基帶接收機無法克服各用戶間的多址干擾，因此提出并行干擾抑制技術。雖然，一般并行干擾抑制檢測技術能夠提高信號的檢測性能，但是，由于各級再生信號的估計是有偏估計，誤差的存在使信號檢測性能不夠穩定。雖然各再生信號加權處理可以減少估計偏差，但最佳權值的選取又成為一大問題。本發明提出采用統計再生信號與接收信號誤差來控制的多級再生信號的加權值，來提高系統的檢測性能。本發明的原理是首先，多用戶信號同時進行檢測，再生各用戶調制擴頻信號，對接收信號與估計信號的誤差進行一階和二階統計處理，再根據統計值查相應的數據表，兩個表中數據之和值用于控制各用戶的加權值，在干擾相消后，檢測出期望用戶信號。實驗表明，依據上原理的多級并行干擾抑制器的檢測性能大大優于傳統接收機匹配濾波器的檢測性能，與其他并行干擾抑制器相比，具有結構簡單，級數相對少，處理速度快，性能穩定等優點。
下面對本發明所依據的原理和實施進行闡述。
在實際的CDMA系統中，多址干擾的估計不是完全正確的，它是一種有偏估計。例如對于DS-CDMA移動通信系統，接收機輸入端的信號為 這里T是一個符號周期，i表示發射的第i個符號。其中ωk，k，τk分別表示第k用戶的載波角頻率，相位和延遲；ck(t)是其擴頻信號。ψT(t)是基帶信號波形。n(t)是均值為零，方差為σ2的白高斯過程。采用匹配濾波器，可以在解調和解擴之后得到各用戶的充分統計量，以及可以分別估計符號和信號功率。在實際中有些參數是依靠估計得到的，但無法精確得知。采用統計誤差控制的多級并行干擾抑制技術，減少了判決統計量過程中估計誤差。對于多級并行干擾抑制檢測器，第s級的檢測性能依賴于第s-1級的檢測性能。并且隨著級數的增加，檢測器的性能會不斷提高。對于經過s＞0級的第k個用戶的估計信號為 其中 和 是第k個用戶信號數據位和功率的估計值。如果得到最佳的權值就能夠有效的抑制多址干擾。采用接收信號和各用戶加權后估計再生信號和之間最小歐距平方的方法確定權值方法。即尋找使接收信號和再生信號估計之間的平均誤差 為最小時的加權值。通過對接收信號和估計信號之間的誤差信號進行統計處理來確定權值。根據并行干擾抑制(PIC)算法，接收信號與再生估計信號的瞬時誤差可表示成ek,m(s)(t)=r(t)-Σj=1Kwj,m(s)s^j(s)(t)]]>=n(t)+Σj=1K(sj(t-τj)-wj,m(s)s^j(s)(t-τj))]]>對誤差信號進行統計特性處理，其一階統計量均值和二階統計量方差可分別表示為E(ek,m(s)(t))=E[r(t)-Σj=1Kwj,m(s)s^j(s)(t)]=E[Σj=1K(sj(t-τj)-wj,m(s)s^j(s)(t-τ^j)]]]>var(ek,m(s)(t))=var[n(t)]+var[Σj=1K(sj(t-τj)-wj,m(s)s^j(s)(t-τj))]]]>=σ2+var[Σj=1K(sj(t-τ)-wj,m(s)s^j(t-τ^j))]]]>在一個符號內誤差信號的均值反映了估計偏差較大的范圍，誤差信號的方差反映了估計誤差的小的變化情況。同時，為了減少運算量，提高估計信號與接收信號的逼近程度，采用一階和二階數據庫查表方法確定加權值。首先預先制訂兩個加權增量控制數據表，它可根據信噪比，小區用戶數、對消級數和期望信號與估計信號的誤差范圍來確定和修訂。表1中數據主要反映誤差的一階統計期望信息。表2中數據主要反映誤差的二階方差信息。各表中數據是大量訓練得到的，它可根據系統用戶運行情況和各用戶的信干噪比進行必要的調整和修改。然后，由表1和表2中的數據相結合就能夠確定所要加權的增量。wk,m(s)=wk,m-1(s)+f1(E[ek,m(s)(t)])+f2(var[ek,m(s)(t)])]]>通過從接收信號中減去再生后的各用戶再生干擾信號之和，得到期望用戶新的接收信號。在實現中，為了結構的簡化，用接收信號減去全部用戶估計值，加上期望用戶信號估計值來完成這種運算。對于第k個用戶，此時的接收信號為r^k(s)(t)=r(t)-Σj≠kKwjs^j(s)(t)]]> 當s＝0時， 。第k個用戶在第m位第s級的充分統計量(經過s-1級的干擾抵消后)為 其中為 估計信號再生。
下面以本發明應用于擴頻因子為DS-CDMA系統為例討論本發明的實施。該系統擴頻序列采用正交可變擴頻序列，并加入擾碼。數據表1和數據表2分別對應統計誤差的均值和均方值。它們可以通過大量訓練得到，并根據系統用戶數和信噪比進行修改和調整。
參考圖1。圖1是應用本發明的并行干擾抑制檢測器整體框圖。圖中，接收機首先對接收信號采用匹配濾波器進行解調解擴處理1；然后，判決數據位信息2，并對檢測信號加權3以及再生各用戶信號4之后，對各用戶進行對消處理5，在其輸出端，一路信號對接收信號與估計信號進行誤差信號統計處理6，對于誤差的一階統計信號，可以查表1中的數據7得到信號均值的映射值，對于誤差的二階統計信號，可以查表2中的數據8得到信號方差的映射值，兩者之和控制再生信號的加權值9。另一路與各待檢測信號做進一步處理。將誤差信號加上待檢測的用戶信號10，在對該信號進行檢測11，就完成一級多址干擾對消處理。一個統計誤差控制權值PIC模型包括信號檢測，符號估計、加權處理，信號再生處理，干擾對消、誤差統計查表和權值控制等處理。
經第二級PIC算法模塊為12及第三級PIC算法模塊13三級干擾對消處理，就檢測出所期望的用戶數據符號。
統計誤差控制的多級并行干擾抑制檢測器操作處理流程如圖2所示。在圖2中，接收機首先將高頻信號變換成基帶信號1，然后，分離數據信息2同步控制參數信息3，從同步控制參數信息中提取出三個信道參數4，一個是為各用戶信號解調解擴提供的必要參數，一個是為再生干擾信號提供的參數，另一個是為誤差統計數據表提供的調整參數；在得到上述必要信道參數信息后，對各用戶信號進行解擴和解調5，在進行判決處理及加權處理6后，再生出各用戶擴頻信號7；同時，用延遲后的接收信號減去再生后的干擾用戶信號，進行一級多址干擾對消處理8。它有兩路輸出，一路輸出為對消后的誤差信號，利用統計模塊對其進行誤差統計運算處理9，根據所得到的一階統計量和二階統計量值，查找相應的數據表1和數據表2中對應的數據10，用查表得表到數值相加11，得到該級各再生估計信號權值大小的控制量。利用上述控制該級加權值的大小，以調整用戶信號的加權處理操作。對消模塊的另一路信號為期望用戶估計信號與誤差信號之和。對它進行檢測，就得到該級期望用戶的暫態數據信號。最后，判斷干擾對消級數是否為零12，若不為零，則進入下一級干擾對消循環，若為零，就解調和解擴期望信號13；最后，用判決器檢測出所期望用戶數據符號14。
上述利用對消處理后的誤差信號進行誤差統計處理，是對誤差信號進行統計特性處理，即求出誤差信號的均值和方差，其中，誤差信號的均值按下式求出E(ek,m(s)(t))=E[r(t)-Σj=1Kwj,m(s)s^j(s)(t)]=E[Σj=1K(sj(t-τj)-wj,m(s)s^j(s)(t-τ^j)];]]>誤差信號的方差按下式求出var(ek,m(s)(t))=var[n(t)]+var[Σj=1K(sj(t-τj)-wj,m(s)s^j(s)(t-τj))]]]>=σ2+var[Σj=1K(sj(t-τ)-wj,m(s)s^j(t-τ^j))]]]>上述用查表得到的數據得到該級權值調整大小的控制量是按照下式求出即權值調整大小的控制量 。
通過實驗仿真可以驗證這種檢測器的穩定性和可靠性。本發明采用的多級干擾抑制檢測器是采用碼片級干擾對消，符號級權值控制，可以完成多個用戶同時檢測，計算復雜度僅與用戶數成線性正比關系。
權利要求
1.一種碼分多址系統的干擾抑制方法，其特征在于，該方法包括以下過程接收機首先將高頻信號變換成基帶信號，然后，分離數據信息和同步控制參數信息，從同步控制參數信息中提取出三個信道參數，一個是為各用戶信號解調解擴提供的必要參數，一個是為再生干擾信號提供的參數，另一個是為誤差統計數據表提供的調整參數；在得到上述必要信道參數信息后，對各用戶信號進行解擴和解調，在進行判決處理及加權處理后，再生出各用戶擴頻調制信號；然后，用延遲后的接收信號減去再生后的干擾用戶擴頻調制信號，進行一級多址干擾對消處理，利用對消處理后的誤差信號進行統計處理，計算出其一階統計量和二階統計量，根據上述一階和二階統計量查找相應的數據表1和數據表2，用查到兩個表中的數據得到該級權值調整大小的控制量，利用上述控制權值的大小，以調整用戶信號的加權處理操作，最后，判斷干擾對消級數是否為零，若不為零，則進入下一級干擾對消循環，若為零，就檢測出所期望用戶數據符號。
2.根據權利要求1所述的碼分多址系統的干擾抑制方法，其特征在于所述利用對消處理后的誤差信號進行誤差統計處理，是對誤差信號進行統計特性處理，即求出誤差信號的均值和方差，其中，誤差信號的均值為E(ek,m(s)(t))=E[r(t)-Σj=1Kwj,m(s)s^j(s)(t)]=E[Σj=1K(sj(t-τj)-wj,m(s)s^j(s)(t-τ^j)];]]>方差為var(ek,m(s)(t))=var[n(t)]+var[Σj=1K(sj(t-τj)-wj,m(s)s^j(s)(t-τj))]]]>=σ2+var[Σj=1K(sj(t-τ)-wj,m(s)s^j(t-τ^j))]]]>
3.根據權利要求1所述的碼分多址系統的干擾抑制方法，其特征在于所述數據表1存有誤差信號的一階統計均值的期望信息，數據表2存有誤差信號的二階統計方差的期望信息。
4.根據權利要求3所述的碼分多址系統的干擾抑制方法，其特征在于所述數據表1和數據表2中存儲的數據是經過訓練得到的。
5.根據權利要求1所述的碼分多址系統的干擾抑制方法，其特征在于所述對各用戶估計信號的加權處理是以符號為單位進行調整的。
6.根據權利要求1所述的碼分多址系統的干擾抑制方法，其特征在于所述用查表得到的數據得到該級權值調整大小的控制量是按照下述方法得到的權值調整大小的控制量 。
全文摘要
本發明公開了一種碼分多址系統的干擾抑制方法,該方法在并行干擾抑制的基礎之上,增加了估計信號誤差統計,通過誤差信號的一階和二階統計量查相應的數據表來控制各級再生信號的加權值,能夠快速有效的控制估計信號的加權值變化,使得多用戶檢測器信號處理延遲時間較短,進行干擾抵消處理速度快,檢測性能能夠迅速穩定。同時,應用本發明的多級檢測器實現結構簡單,設備復雜度較低,便于硬件實現。
文檔編號H04B1/10GK1357988SQ00135010
公開日2002年7月10日 申請日期2000年12月6日 優先權日2000年12月6日
發明者姬翔 申請人:華為技術有限公司