專利名稱：用來減少聯合檢測中的計算的方法與設備的制作方法
本申請是申請日為“2000年9月14日”、申請號為“00812856.1”、題為“用來減少聯合檢測中的計算的方法與設備”的分案申請。
背景本發明大致上涉及無線通訊系統。尤其是，本發明涉及無線通訊系統中的多重用戶信號的聯合檢測。
圖1是無線通訊系統10的說明。該通訊系統10具有與用戶設備(UEs)141至143通訊的基地臺121-125。每一基地臺在運作區域中具有與UEs 141至143通訊之相關運作區域。
于某些通訊系統中，例如碼分多址(code division multiple access，CDMA)，以及使用碼分多址的時分復用(time division duplex)(TDD/CDMA)，多重通信在相同的頻譜上傳送。這些通訊系統一般是藉由其碼片碼序列(chip code sequence)而被區分為更有效率地使用頻譜，TDD/CDMA通訊系統使用被分為數個通訊用時隙的重復的框。于此種系統中傳送之通訊基于通訊之頻寬將具有一個或多個碼片碼以及被指定于該碼片碼的時隙。
因為多重通訊可在相同的時間在頻譜中傳送，于此系統中之一接收器必須在多重通訊中被區別。一種檢測此種信號的方法系單一用戶檢測。在單一用戶檢測中，接收器只使用與所需發射器相關的碼檢測來自所需發射器的通訊，并將其它發射器的信號視為干擾來處理。
在一些情況中，能夠同時檢測多重通訊以便改良性能是我們所希望的。同時檢測多重通訊被稱為聯合檢測。某些聯合檢測器使用科列斯基分解法(Cholesky decomposition)以執行最小均方誤差(minimum mean square error，MMSE)檢測，以及迫零塊均衡器(zero-forcing equalizer，ZF-BLEs)。這些檢測器具有需要廣大的接收器資源的高復雜度。
因此，我們希望具有另一種聯合檢測的方法。
發明概要多個發射數據信號在一接收器被接收。此接收器測量與該發射數據信號相關的信道響應。決定系統響應。該系統響應被擴展為分段正交(piecewiseorthogonal)。接收數據信號一部分地基于被擴展的系統響應而被恢復。
根據本發明的第一方面，提供一種用于接收多個數據信號的使用者設備，所述使用者設備包含決定裝置，用于部分地基于測得的信道響應來決定系統響應；擴展裝置，用于將所述系統響應擴展為分段正交；以及恢復裝置，用于部分地基于所述被擴展的系統響應從所述接收數據信號恢復數據。
根據本發明的第二方面，提供一種用于接收多個發射數據信號的使用者設備，所述使用者設備包含天線，用于接收所述發射數據；信道估計裝置，用于確定每一接收信號的信道響應；以及具有一輸入的聯合檢測裝置，被配置成接收所述信道響應和所述接收數據信號，用于部分地基于所述信道響應決定一系統響應，將所述系統響應擴展為分段正交，以及部分地基于該擴展的系統響應從所述接收數據信號恢復數據。
根據本發明的第三方面，提供一種在接收器中用于接收多個數據信號的電路，所述電路包含輸入，被配置成接收所述被接收的數據信號；決定裝置，用于部分地基于測得的信道響應來決定系統響應；擴展裝置，用于將所述系統響應擴展為分段正交；以及恢復裝置，用于部分地基于所述被擴展的系統響應從所述接收數據信號恢復數據。
根據本發明的第四方面，提供一種用于接收多個發射數據信號的電路，所述電路包含天線，用于接收所述發射數據；信道估計裝置，用于確定每一接收信號的信道響應；以及具有一輸入的聯合檢測裝置，被配置成接收所述信道響應和所述接收數據信號，用于部分地基于所述信道響應決定一系統響應，將所述系統響應擴展為分段正交，以及部分地基于該擴展的系統響應從所述接收數據信號恢復數據。
附圖簡要說明圖1是一無線通訊系統。
圖2是使用聯合檢測的簡化發射器及接收器。
圖3是一通訊短脈沖串(burst)的說明。
圖4是降低計算聯合檢測的說明。
較佳實施例詳說明圖2表示在TDD/CDMA系統中使用聯合檢測之簡化的發射器26及接收器28。在一典型的系統中，發射器26位于每一UE 141至143，而傳送多重通訊的多重發射電路26位于每一基地臺121至125之中。基地臺121一般需要至少一個發射電路26以讓每一現用通訊UE 124至143使用。該聯合檢測接收器28可以在一基地臺121，UE 141至143，或二者。聯合檢測接收器28從多重發射器26或發射電路26接收通訊。
每一通訊在無線通訊信道30上傳送數據。在發射器26中的數據發生器32產生將在相關信道上被通訊至接收器28的數據。相關數據基于通訊頻率需求被指定給一個或多個代碼及/或時隙。擴展和訓練序列插入裝置34擴展相關信道數據，并使被擴展的相關數據與一訓練序列在被指定的適合的時隙及碼內時序多重。所產生的序列稱為一通訊短脈沖串(burst)。此通訊短脈沖串被一調制器36調制為射頻。天線38經由無線射頻信道30被發射至接收器28的天線40。此種被用以發射通訊的型態可以是本領域技術人員所知的任一種，例如直接相移鍵控(direct phase shift keying；DPSK)或正交相移鍵控(quadrature phase shiftkeying；QPSK)。
典型的通訊短脈沖串16具有一中置碼(midamble)20，一防護期間(guardperiod)18以及二數據短脈沖串22，24，圖3所示。該中間走動20分離該二數據短脈沖串22，24，而該防護期間18分隔該數據短脈沖串以允許來自不同發射器的短脈沖串的到達時間的差別。此二數據短脈沖串22，24包含通訊短脈沖串的數據且一般具有相同的碼元(symbol)長度。
接收器28的天線40接收不同的射頻信號。被接收的信號被解調器42解調變以產生一基帶信號。該基帶信號被處理，例如通過一信道估測裝置44及一聯合檢測裝置46，在時隙中被處理，并具有被指定給相對發射器26的通訊短脈沖串的適合代碼。該信道估計裝置44使用在基頻中的訓練序列成份以提供信道信息，例如信道脈波響應。此信道信息由聯合檢測裝置46所使用以估計被接收的通訊短脈沖串的發射數據做為軟碼元(soft symbol)。
此聯合短脈沖串裝置46使用由信道估計裝置44所提供的信道信息以及被發射器26所使用的已知擴展碼而估計不同的接收短脈沖串的數據。雖然聯合檢測系結合TDD/CDMA系統而被描述，相同的方法可應用于其它通訊系統，如CDMA。
一種在TDD/CDMA系統中特定時隙中的聯合檢測的方法被表示于圖4。多個通訊短脈沖串相互交疊于一特定時隙中，如K個通訊短脈沖串。K個通訊短脈沖串可能來自K個不同的發射器。如果特定的發射器在特定的時隙內正使用多重碼，則K短脈沖串可能來自小于K個發射器。
通訊短脈沖串16的每一數據短脈沖串22，24具有一預定數目的發射碼元，如Ns。每一碼元使用一預定數量的擴展碼的碼片而被發射，該碼片為擴展因子(spreading factor)。在一典型的TDD通訊系統中，每一基地臺121至125具有與其通訊數據混合相關的擾碼。該擾碼區分出每一基地臺。一般擾碼并不影響該擴展因子。雖然此處使用擴展碼及因子等名詞，對于使用擾碼的系統而言，以下的擴展碼是結合了的擾碼及擴展碼。每一數據短脈沖串22，24具有Ns×SF個碼片。
聯合檢測裝置46估計每一數據短脈沖串被原始發射的值。方程式1被用以決定未知的發射碼元。
r＝Ad+n方程式1在方程式1中，已知被接收組合碼片r是系統響應A以及未知發射碼元d之積。符號n表示在無線射頻信道中的噪聲。
對K個數據短脈沖串而言，將被還原的數據短脈沖串的數目為Ns×K。為分析之目的，未知的數據短脈沖串碼元被安排至一列矩陣(column array)，d。d矩陣具有未知數據碼元的列塊di至dNs。每一數據碼元區塊di在每一K數據短脈沖串內具有ith個未知發射數據碼元。因此，每一列塊d具有K未知發射數據碼元互相堆疊于上方。該數據區塊也于一列中相互堆疊于上方，如d1在d2之上，依此類推。
聯合檢測裝置46接收每一碼片于被接收時的值。每一被接收碼片是所有K通訊短脈沖串的復合。為分析之目的，合成的碼片被安排至一列矩陣r。該矩陣r具有每一復合碼片的值，共Ns*SF碼片。
A是系統響應矩陣。系統響應矩陣A是通過脈波響應與每一通訊短脈沖串碼片碼的卷積(convolve)而被形成。此卷積結果被重新安排以形成系統響應矩陣A(步驟48)。
聯合檢測裝置46接收來自信道估計裝置44的K通訊短脈沖串的每一ith信道脈波響應hi。每一hi具有一長度為W的碼片。聯合檢測裝置以已知K通訊短脈沖串的擴展碼卷積該信道脈波響應以決定K通訊短脈沖串的碼元響應S1至Sk。對所又碼元而言是相同的共同支持子區塊S的長度為K×(SF+W-1)。
A矩陣被設計成舉有Ns區塊B1-BNs。每一區塊具有全部被安排為與對應的d矩陣d1至dNs中的數據區塊相乘的碼元響應S1至Sk。例如，d1與B1相乘。此碼元響應S1至Sk，形成在每一區塊矩陣Bi中一行，區塊之其它部分被填入0。在第一區塊B1，此碼元響應列在第一行開始。在第二區塊，此碼元響應列為在區塊中較低的SF列，依此類推。因此，每個區塊具有K寬度以及Ns×SF的高度。方程式2說明一個顯示分割之A區塊矩陣。
方程式2n矩陣具有對應每一被接收合成碼片的噪聲值，總共Ns×SF碼片。為分析之目的，n矩陣在被接收合成碼片矩陣r中是固有的。
使用區塊記數法(notation)，方程式1可以被重寫為方程式3。
r‾=B1B2B3…BNs×d1‾d2‾d3‾...dNs‾+n‾=Σi=1NsBidi‾+n‾]]>方程式3
使用r矩陣的噪聲版本，每一未知碼元可以通過解答此方程式而被決定。然而，使用強力計算法(brute force approach)來解答方程式1需要大量的處理。
為降低處理，系統響應矩陣A被重新分割。每一區塊Bi被分割為寬度K以及高度SF的Ns區塊。
這些新區塊被稱為A1至AL以及0。L為共同支持S，當被新區塊A1至AL之高度分割時，經由方程式4。
方程式4方塊A1至AL由支持S1至Sk以及共同支持S所決定。A0區塊是具有全部0的區塊。W為57，SF為16且L為5系統的重新分割矩陣被表示于方程式5。
方程式5為降低矩陣的復查度，一分段正交化(piecewise orthogonalization)被使用。任何i為L或更大之區塊Bi相對任何之前的L區塊為非正交，而相對任何被大于L所領先的區塊為正交。在重新分割A矩陣中的每個0是一全部0區塊。使用分段正交化的結果，A矩陣被擴展(步驟50)。
A矩陣是由填充L-10區塊至A矩陣的每一區塊并移動在A矩陣中其列號小于1的每一列而被擴展。為表示圖2的列2中的A1區塊，4個(L-1)0被插入列2的A1與A2之中。此外，區塊A1(以及A2)被右移一行(列2-1)。因此，方程式5在擴展之后變成方程式6。
Aexp=A100000000000A2000A10000000A3000A2000A1000A4000A30000000A5000A400000000000A50···000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000]]>方程式6為符合被擴展的A矩陣，d矩陣也必須被擴展dexp。每一區塊d1至dNs被擴展為新的區塊dexp1至dexpNs。每一被擴展區塊dexp1至dexpNs是由重復原始區塊L次而獲得。以dexp1為例，第一區塊列將被產生為具有d1的L版本，相互重疊于下方。
因此，方程式1可被重寫為方程式7。
方程式7方程式7可被重寫以將每一Bexpi正交分割為L部分，Uj(i)，j＝1至L，如方程式8。
方程式8為降低計算的復雜度，Aexp矩陣的QR(正交矩陣三角化)分解被執行(步驟52)。方程式9表示Aexp的QR分解。
Aexp＝QexpRexp方程式9由于Aexp的正交分割，Aexp的QR分解較不復雜。所產生的Qexp及Rexp矩陣于L區塊上具暫態延伸的周期性。因此，Qexp及Rexp可由計算啟始暫態及周期性部分的周期而被決定。此外，矩陣的周期性部分是由正交化之A1至AL而被有效率地決定。有一種QR分解的方法是Gramm-Schmidt正交法。
為如同方程式6中的正交Aexp，Bexp1是通過正交每一其正交部分{Uj(i)}，j＝1…L而被獨立正交化。每一{Aj}，j＝1…L系被獨立正交，而此集合被適合的填充0。{Qi}是由正交化的{Uj(i)}所獲得的標準正交集合。為決定Bexp2，其U1(2)需要僅相對于之前形成的Bexp的Q2而被正交化。U2(2)，U3(2)及U4(2)只需要分別相對于Q3，Q4及Q5而被正交化。U5(2)需有對所有先前的Qs正交化，且其正交化結果僅為從正交Bexp1所獲得的位移版本Q5。
隨正交化繼續進行，在初始暫態之外，產生一周期性，其可被摘要說明如下。其Q4是由正交化A5所獲得，然后被填充以0。其Q4是從正交化Q5的支持(support)以及A4，{sup(Q5)A4}，然后被填充以0。因為sup(Q5)已經是一個正交集合，只有A4需要相對于sup(Q5)及其本身而被正交化。其Q3是從正交化[sup(Q5)sup(Q4)A3]所獲得，然后被填充以0。其Q2是從正交化[sup(Q5)sup(Q4)sup(Q3)A2]所獲得，然后被填充以0。其Q1是從正交化[sup(Q5)sup(Q4)sup(Q3)sup(Q2)A1]所獲得，然后被填充以0。除了初始暫態之外，整個Aexp可以被有效率的正交化，經方程式10，僅由正交化Ap。
Ap＝[A5 A4 A3 A2 A1] 方程式10通過有效的以僅使用Ap正交化Aexp的周期性部分，計算的效率可被達成。使用較復雜的計數法，對sup(Qi)之Qis，Ap結果的正交產生于方程式11的標準正交矩陣Qp之中。
Qp=Q5sQ4sQ3sQ2sQ1s]]>方程式11Qexp的周期性部分經由方程式12。
方程式12為建構矩陣Rexp上部三角矩陣，<Ai>j是尺寸為K×K的區塊，代表Ai每一行在所有Qjs的投射。例如，<A4>5的第一行表示A4的第一行在Q5s的K行的每一行上的投射。同樣地，<A4>4表示A4的第一行在Q4s的K行的每一行上的投射。然而，此區塊將是上部三角，因為A4的Kth行屬于由Q5s的標準正交向量及Q4s的第一k向量所生成的空間。此區塊與Q4s中的隨后的向量正交，導致一上部三角<A4>4。任何i＝j的<Ai>j將是上部三角。為正交化其它區塊，產生以下結果。
Bexp5的第一區塊viz.U1(5)是由{Qjs}，j＝1..5的線性組合所形成，其系數為<A1>j，j＝1...5所給予。第二區塊U1(2)是由{Qjs}，j＝2..5的線性組合所形成，其系數為<A1>j，j＝2...5所給予。第三區塊U1(3)是由{Qjs}，j＝3..5的線性組合所形成，其系數為<A1>j，j＝3...5所給予。第四區塊U1(4)是由{Qjs}，j＝4，5的線性組合所形成，其系數為<A1>j，j＝4，5所給予。第五區塊U1(5)是由Q5s X<A5>5所形成。
因此，在接下來的Bexpi，i＞6的擴展中的系數僅是上述周期性的延伸。因為Rexp項目在Aexp的正交期間被計算，不需要建構Rexp的額外計算。不管初始暫態，Rexp的余項是周期性的，且其二周期表示于方程式13。
方程式13解答Qexp及Rexp的最小平方法(least square approach)表示于方程式14。
Qexp.Rexp.dexp-＝r 方程式14通過以Qexp的轉置矩陣QexpT預先乘以方程式14的二側，并使用Qexp.QexpT＝ILAKNs，方程式14變成方程式15。
Rexp.Dexp＝QexpTr 方程式15方程式15代表一三角系統，其解也解答方程式14的LS問題。
由于擴展，未知的數字以一L因子增加。因為該未知數是由一L因子所表示，為降低復雜度，此重復的未知數可被收集以塌縮系統。Rexp使用L系數區塊CF1至CFL而被塌縮，每一區塊的寬度及高度為K。對于具有L為5的系統，CF1至CF5可被決定如方程式16。
CF1＝<A1>1+<A2>2+<A3>3+<A4>4+<A5>5CF2＝<A1>2+<A2>3+<A3>4+<A4>5CF3＝<A1>3+<A2>4+<A3>5CF4＝<A1>4+<A2>5CF5＝<A1>5方程式16使用系數區塊塌縮Rexp產生類柯列斯基系數(Cholesky-like)G(步驟54)。通過在方程式15右側執行類比運算產生高與寬為K×Ns的帶狀上三角，如方程式17。
方程式17Tr1至Tr4系暫態項目及γ。經由向后取代(back substitution)通過解答上三角，方程式17可被解答以決定d(步驟56)。因此，發射的K數據短脈沖串的數據碼元可被決定。
使用片段正交法及QR分解，解答最少平方問題的復雜度與習知以協調科列斯基分解相比下降了6.5因子。
權利要求
1.一種用于接收多個數據信號的使用者設備，所述使用者設備包含決定裝置，用于部分地基于測得的信道響應來決定系統響應；擴展裝置，用于將所述系統響應擴展為分段正交；以及恢復裝置，用于部分地基于所述被擴展的系統響應從所述接收數據信號恢復數據。
2.一種用于接收多個發射數據信號的使用者設備，所述使用者設備包含天線，用于接收所述發射數據；信道估計裝置，用于確定每一接收信號的信道響應；以及具有一輸入的聯合檢測裝置，被配置成接收所述信道響應和所述接收數據信號，用于部分地基于所述信道響應決定一系統響應，將所述系統響應擴展為分段正交，以及部分地基于該擴展的系統響應從所述接收數據信號恢復數據。
3.如權利要求2所述的使用者設備，其特征在于，該使用者設備被用于通過使用碼分多址通訊系統來進行的時分雙工。
4.如權利要求3所述的使用者設備，其特征在于，每一所述發射數據信號具有一相關代碼并在共享頻譜上被發射，而系統響應是通過使所述相關代碼與所述信道響應卷積而被決定。
5.如權利要求3所述的使用者設備，其特征在于，所述信道估計裝置使用與所述數據信號相關的接收訓練序列來測量所述信道響應。
6.如權利要求2所述的使用者設備，其特征在于，所述系統響應是一系統響應矩陣，還包括在擴展之前將所述系統響應矩陣分割為多個列塊。
7.如權利要求6所述的使用者設備，其特征在于，所述擴展是通過在所述列塊中填塞0以使每一列塊為正交。
8.一種在接收器中用于接收多個數據信號的電路，所述電路包含輸入，被配置成接收所述被接收的數據信號；決定裝置，用于部分地基于測得的信道響應來決定系統響應；擴展裝置，用于將所述系統響應擴展為分段正交；以及恢復裝置，用于部分地基于所述被擴展的系統響應從所述接收數據信號恢復數據。
9.一種用于接收多個發射數據信號的電路，所述電路包含天線，用于接收所述發射數據；信道估計裝置，用于確定每一接收信號的信道響應；以及具有一輸入的聯合檢測裝置，被配置成接收所述信道響應和所述接收數據信號，用于部分地基于所述信道響應決定一系統響應，將所述系統響應擴展為分段正交，以及部分地基于該擴展的系統響應從所述接收數據信號恢復數據。
10.如權利要求9所述的電路，其特征在于，該電路被用于通過使用碼分多址通訊系統來進行的時分雙工。
11.如權利要求10所述的電路，其特征在于，每一所述發射數據信號具有一相關代碼并在共享頻譜上被發射，而系統響應是通過使所述相關代碼與所述信道響應卷積而被決定。
12.如權利要求10所述的電路，其特征在于，所述信道估計裝置使用與所述數據信號相關的接收訓練序列來測量所述信道響應。
13.如權利要求9所述的電路，其特征在于，所述系統響應是一系統響應矩陣，還包括在擴展之前將所述系統響應矩陣分割為多個列塊。
14.如權利要求13所述的電路，其特征在于，所述擴展是通過在所述列塊中填塞0以使每一列塊為正交。
全文摘要
接收器接收多個發射數據信號。該接收器測量與發射數據信號相關的信道響應。決定系統響應。系統響應被擴展為分段正交。部分基于該被擴展的系統響應而恢復接收數據信號。
文檔編號H04B1/707GK1578182SQ200410078748
公開日2005年2月9日 申請日期2000年9月14日 優先權日1999年9月14日
發明者拉吉曼尼·米斯拉, A·扎拉 申請人:美商內數位科技公司