專利名稱：基于聯(lián)合檢測聯(lián)合發(fā)送技術(shù)的聯(lián)合優(yōu)化信號處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)的信號處理技術(shù)，尤其涉及在數(shù)字移動通信系統(tǒng)中采用聯(lián)合檢測(joint detection，簡寫為JD)聯(lián)合發(fā)送(joint transmission，簡寫為JT)技術(shù)相結(jié)合的聯(lián)合優(yōu)化信號處理方法。
背景技術(shù)：
2000年5月德國Kaiserslautern大學(xué)的P.W.Baier教授等人提出了聯(lián)合發(fā)送——一種在TDD-CDMA模式下的適用于多用戶環(huán)境的預(yù)均衡技術(shù)。它是上行鏈路基站一側(cè)的聯(lián)合檢測的對偶技術(shù)，利用上行鏈路聯(lián)合檢測的信道狀態(tài)信息和預(yù)自適應(yīng)均衡技術(shù)，在基站發(fā)送端構(gòu)建一種基于所有用戶的多徑、多址的通用發(fā)送信號，使得移動臺接收時(shí)不必進(jìn)行復(fù)雜的信道估計(jì)而只需簡單的相關(guān)運(yùn)算即可檢測出信號。這樣，一方面，聯(lián)合發(fā)送能有效地降低多址干擾和多徑干擾，達(dá)到提高系統(tǒng)容量的目的；另一方面，下行鏈路使用聯(lián)合發(fā)送后，移動臺不需信道估計(jì)，只需簡單的相關(guān)運(yùn)算即可檢測信號，因而降低了移動臺的處理復(fù)雜度和能耗，也給移動臺的微型化提供了可能。同時(shí)由于現(xiàn)有TDD系統(tǒng)中用于信道估計(jì)的序列長度約占無線幀長的1/5，采用聯(lián)合發(fā)送技術(shù)后，理論上可以省略訓(xùn)練序列，從另一個(gè)角度也提高系統(tǒng)容量達(dá)25％?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，聯(lián)合發(fā)送技術(shù)極有可能成為下一代移動通信系統(tǒng)的核心技術(shù)。特別是基于MC-CDMA頻域處理的聯(lián)合發(fā)送算法，以其優(yōu)良的性能和可實(shí)現(xiàn)性，受到了廣泛的關(guān)注。但由于聯(lián)合發(fā)送技術(shù)應(yīng)用于TDD系統(tǒng)的下行鏈路發(fā)送，計(jì)算復(fù)雜度帶來的信號處理時(shí)延是影響其在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用的重要因素。因此，減小聯(lián)合發(fā)送的計(jì)算復(fù)雜度將極大的推動聯(lián)合發(fā)送技術(shù)的發(fā)展和成熟。
發(fā)明內(nèi)容
針對聯(lián)合發(fā)送運(yùn)算雜度帶來的問題，本發(fā)明提出了一種基于MC-CDMA頻域聯(lián)合檢測和聯(lián)合發(fā)送技術(shù)的聯(lián)合優(yōu)化信號處理方法，使得上行鏈路采用聯(lián)合檢測，聯(lián)合優(yōu)化后的下行鏈路聯(lián)合發(fā)送基本上不增加系統(tǒng)的復(fù)雜度。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種基于聯(lián)合檢測聯(lián)合發(fā)送技術(shù)的聯(lián)合優(yōu)化信號處理方法，包括步驟在上行鏈路中，移動臺采用復(fù)擴(kuò)頻序列C對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻，在基站接收端的收到用戶信號后，用該擴(kuò)頻序列C的共軛序列C*對用戶信號進(jìn)行解擴(kuò)；在下行鏈路中，基站端發(fā)送給用戶的信號由擴(kuò)頻序列C的共軛C*進(jìn)行擴(kuò)頻，移動臺接收時(shí)用該擴(kuò)頻序列C對接收信號進(jìn)行解擴(kuò)。
根據(jù)本發(fā)明的方法，通過聯(lián)合優(yōu)化后系統(tǒng)的運(yùn)算復(fù)雜度比分立計(jì)算倆和檢測和聯(lián)合發(fā)送的總復(fù)雜度下降了近一半。
圖1示出了現(xiàn)有CDMA系統(tǒng)的收發(fā)端擴(kuò)頻解擴(kuò)基本原理示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的收發(fā)端擴(kuò)頻解擴(kuò)基本原理示意圖；圖3示出了現(xiàn)有MC-CDMA頻域采用聯(lián)合檢測、聯(lián)合發(fā)送的原理示意圖；圖4示出了采用本發(fā)明的聯(lián)合優(yōu)化(算法一)后，采用聯(lián)合檢測、聯(lián)合發(fā)送的原理示意5示出了采用本發(fā)明的聯(lián)合優(yōu)化(算法二)后，基站端采用聯(lián)合檢測、聯(lián)合發(fā)送的原理6示出了采用本發(fā)明的聯(lián)合優(yōu)化后系統(tǒng)性能曲線比較具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖并參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式來描述本發(fā)明的方法。
圖1示出了現(xiàn)有CDMA系統(tǒng)的收發(fā)端擴(kuò)頻解擴(kuò)基本原理示意圖。如圖1所示，在上行鏈路中，移動臺采用復(fù)擴(kuò)頻序列C對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻。在基站接收端接收到用戶信號后，用該擴(kuò)頻序列C的共軛序列C*對用戶信號進(jìn)行解擴(kuò)。而在下行鏈路中，基站端發(fā)送給用戶的信號同樣由擴(kuò)頻序列C進(jìn)行擴(kuò)頻，移動臺接收時(shí)用該擴(kuò)頻序列的共軛C*進(jìn)行解擴(kuò)。
這樣，在傳統(tǒng)方式下的MC-CDMA頻域上的聯(lián)合檢測聯(lián)合發(fā)送系統(tǒng)的上行鏈路中，通過聯(lián)合檢測(ZF算法)，基站端的用戶檢測出的數(shù)據(jù) 為d^=(AHA)-1AH·e]]>其中，A為聯(lián)合檢測的系統(tǒng)矩陣，形如A=h~(1,1)c~1(1)...h~(1`,K)c~1(K)h~(1,1)c~2(1)...h~(1,K)c~2(K)h~(1,1)c~Q(1)...h~(1,K)c~Q(K)Q*K---(1)]]>e為基站接收到的用戶信號。
在傳統(tǒng)方式下的MC-CDMA頻域聯(lián)合檢測聯(lián)合發(fā)送系統(tǒng)的下行鏈路中，聯(lián)合發(fā)送(最小范數(shù)解)算法的發(fā)送信號ss＝BH(BBH)-1d (2)其中，聯(lián)合發(fā)送的系統(tǒng)矩陣B為B=h~(1,1)c~1(1)*...h~(1,K)c~1(K)*h~(1,1)c~2(1)*...h~(1,K)c~2(K)*h~(1,1)c~Q(1)*...h~(1,K)c~Q(K)*Q*K---(3)]]>這樣在傳統(tǒng)的聯(lián)合檢測聯(lián)合發(fā)送系統(tǒng)中，由于聯(lián)合檢測算法與聯(lián)合發(fā)送的系統(tǒng)矩陣沒有直接的簡單對應(yīng)關(guān)系，在下行鏈路的聯(lián)合發(fā)送處理中無法有效的利用上行聯(lián)合檢測的計(jì)算結(jié)果，致使處理復(fù)雜度較高。
表一為聯(lián)合檢測聯(lián)合發(fā)送系統(tǒng)上下行鏈路算法及系統(tǒng)矩陣的比較。
表1傳統(tǒng)方式下的聯(lián)合檢測和聯(lián)合發(fā)送算法圖3示出了現(xiàn)有MC-CDMA頻域采用聯(lián)合檢測、聯(lián)合發(fā)送的原理示意圖。如圖3所示，傳統(tǒng)的聯(lián)合檢測聯(lián)合發(fā)送系統(tǒng)中，上行鏈路的計(jì)算結(jié)果A、AH、AHA、以及(AHA)-1等都無法被下行鏈路所利用，基站端的下行鏈路發(fā)送信號s必須重新生成，即s＝BH(BBH)-1d。
本發(fā)明的核心思想在于，充分利用上下行鏈路的公用信息來降低計(jì)算的復(fù)雜度。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的收發(fā)端擴(kuò)頻解擴(kuò)基本原理示意圖。如圖2所示，在移動臺端擴(kuò)頻解擴(kuò)均由C序列完成，而基站端的解擴(kuò)擴(kuò)頻均由C的共軛C*完成。即，在上行鏈路中，移動臺采用復(fù)擴(kuò)頻序列C對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻。在基站接收端的收到信號后，用該擴(kuò)頻序列C的共軛序列C*對信號進(jìn)行解擴(kuò)；而在下行鏈路中，基站端發(fā)送給用戶的信號由擴(kuò)頻序列C的共軛C*完成擴(kuò)頻，移動臺接收時(shí)用該擴(kuò)頻序列C本身進(jìn)行解擴(kuò)。
根據(jù)本發(fā)明的方法，上行鏈路聯(lián)合檢測算法不變，而聯(lián)合發(fā)送系統(tǒng)矩陣B的變?yōu)?
B=h~(1,1)c~1(1)...h~(1,K)c~1(K)h~(1,1)c~2(1)...h~(1,K)c~2(K)h~(1,1)c~Q(1)...h~(1,K)c~Q(K)Q*K---(4)]]>這樣使得下行聯(lián)合發(fā)送的系統(tǒng)矩陣與上行聯(lián)合檢測的系統(tǒng)矩陣互為轉(zhuǎn)置關(guān)系，即B＝A′。利用上行聯(lián)合檢測的部分計(jì)算結(jié)果直接處理下行聯(lián)合發(fā)送，大大減少了下行鏈路的計(jì)算復(fù)雜度。
下面給出聯(lián)合優(yōu)化算法的兩種應(yīng)用一、當(dāng)上行鏈路JD算法已求得(AHA)-1AH時(shí)s＝BH(BBH)-1d＝A*(A′A*)-1d＝{(AHA)AH}′d (5)即，可以將(AHA)-1AH轉(zhuǎn)置后，直接應(yīng)用于下行鏈路，基本不增加計(jì)算復(fù)雜度。
具體實(shí)現(xiàn)如圖4所示，上行鏈路聯(lián)合檢測需要進(jìn)行矩陣運(yùn)算，求解出(AHA)-1AH的值。將計(jì)算結(jié)果求轉(zhuǎn)置得到的{(AHA)AH}′就等于下行鏈路所要求的BH(BBH)-1，在與用戶信息d進(jìn)行相乘就得到了下行鏈路的發(fā)送信號s。省去了傳統(tǒng)算法中，下行鏈路仍需計(jì)算s＝BH(BBH)-1d全過程的計(jì)算復(fù)雜度。
二、當(dāng)上行鏈路JD算法沒有直接求得(A~(n)HA~(n))-1A~(n)H,]]>而是采用矩陣輪知識解方程如cholesky解方程算法求解d＝(AHA)-1(AH·e)時(shí)，本方案的仍可大大降低下行鏈路的運(yùn)算復(fù)雜的，化簡算法如下根據(jù)數(shù)學(xué)分析得s＝BH(BBH)-1d＝{A(AHA)-1d*}*(6)設(shè)y′＝(AHA)-1d*(7)公式4中，(AHA)的分解工作上行鏈路中已經(jīng)完成，可以直接利用。這樣有，發(fā)送信號s＝{Ay′}*(8)該算法主要利用上行鏈路對AHA的分解結(jié)果，簡化了矩陣運(yùn)算中復(fù)雜度最高的計(jì)算。
具體算法如圖5所示上行鏈路聯(lián)合檢測由C向量和H向量形成A矩陣，再對A求共軛轉(zhuǎn)置得AH。然后求得AHA，對其進(jìn)行Cholsky分解后與AH與e的乘積進(jìn)行Cholsky解方程的運(yùn)算得到用戶數(shù)據(jù) 在下行鏈路中，首先將要發(fā)送的用戶數(shù)據(jù)d進(jìn)行共軛得到d*，再利用上行鏈路得到的AHACholsky分解后的結(jié)果與d*進(jìn)行Cholsky解方程的運(yùn)算得到y(tǒng)。然后利用上行鏈路得到的A矩陣與y向量相乘，就得到了需發(fā)送信號s的共軛s*，將s*取共軛就得到了發(fā)送信號s。新算法中，下行聯(lián)合發(fā)送的處理省去了對AHA的Cholsky分解計(jì)算，這也是該算法中計(jì)算量最大的一部分，故大大簡化了系統(tǒng)整體計(jì)算的復(fù)雜度。
從上述分析可以得出，在上行鏈路實(shí)用聯(lián)合檢測時(shí)，聯(lián)合優(yōu)化處理后的聯(lián)合發(fā)送的運(yùn)算復(fù)雜度比沒有實(shí)行聯(lián)合發(fā)送時(shí)增加不大。特別是第一種方法，幾乎沒有增加系統(tǒng)運(yùn)算復(fù)雜度；而方法二聯(lián)合發(fā)送的處理復(fù)雜度雖比方法一稍有提高，但上行鏈路聯(lián)合檢測的計(jì)算復(fù)雜度比第一種方法要低，總的計(jì)算復(fù)雜度比傳統(tǒng)的聯(lián)合檢測和聯(lián)合發(fā)送系統(tǒng)同樣有明顯降低。
此外，從圖6中可以看出，根據(jù)本發(fā)明的方法基本上沒有增加聯(lián)合檢測系統(tǒng)的復(fù)雜度。
上面已經(jīng)結(jié)合具體實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對本發(fā)明做出不同的改進(jìn)和變型。因而所有落入本發(fā)明的權(quán)利要求范圍的各種改進(jìn)和變型都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于聯(lián)合檢測聯(lián)合發(fā)送技術(shù)的聯(lián)合優(yōu)化信號處理方法，包括步驟在上行鏈路中，移動臺采用復(fù)擴(kuò)頻序列C對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻，在基站接收端的收到用戶信號后，用該擴(kuò)頻序列C的共軛序列C*對用戶信號進(jìn)行解擴(kuò)；在下行鏈路中，基站端發(fā)送給用戶的信號由擴(kuò)頻序列C的共軛C*進(jìn)行擴(kuò)頻，移動臺接收時(shí)用該擴(kuò)頻序列C對接收信號進(jìn)行解擴(kuò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中下行鏈路聯(lián)合發(fā)送的系統(tǒng)矩陣B與上行鏈路聯(lián)合檢測的系統(tǒng)矩陣A互為轉(zhuǎn)置關(guān)系，即B＝A′。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，還包括步驟當(dāng)上行鏈路聯(lián)合檢測算法已求得(AHA)-1AH時(shí)，將(AHA)-1AH轉(zhuǎn)置得到下行鏈路所要求的BH(BBH)-1；將上述結(jié)果與所述的與用戶信息d進(jìn)行相乘就得到了下行鏈路的發(fā)送信號ss＝BH(BBH)-1d＝A*(A′A*)-1d＝{(AHA)AH}′d。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，還包括步驟當(dāng)上行鏈路聯(lián)合檢測算法沒有直接求得 時(shí)，采用矩陣論解方程算法求解d＝(AHA)-1(AH·e)，其中s＝BH(BBH)-1d＝{A(AHA)-1d}*設(shè)y′＝(AHA)-1d*則發(fā)送信號s＝{Ay′}*。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中采用cholesky解方程算法求解d＝(AHA)-1(AH·e)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于聯(lián)合檢測聯(lián)合發(fā)送技術(shù)的聯(lián)合優(yōu)化信號處理方法，包括步驟在上行鏈路中，移動臺采用復(fù)擴(kuò)頻序列C對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻，在基站接收端的收到用戶信號后，用該擴(kuò)頻序列C的共軛序列C
文檔編號H04B1/707GK1568030SQ03137628
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月18日
發(fā)明者張平, 王杉 申請人:北京郵電大學(xué)