專利名稱：無線通信網絡中的多用戶檢測方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信網絡，尤其涉及無線通信網絡中的多用戶檢測。
背景技術：
在UMTS(通用移動通信系統，基于W-CDMA技術即寬帶碼分多址)中，專用上行信道的容量是系統的一個瓶頸，如何提高上行鏈路的性能歷來是一個倍受關注的課題。UMTS中現有的基于長擾碼的多用戶檢測方法并不理想，這就在一定程度上影響了上行鏈路的性能。
此外，現有的用于其它系統中的MUD(多用戶檢測裝置1)也由于各自的問題而無法引入到UMTS系統中 1.CDMA(碼分多址)系統中的MUD主要基于擴頻和短擾碼，其問題在于，計算復雜度較高且不支持長擾碼； 2.IDMA(交織多址)系統中的MUD主要基于交織器，其問題在于，需要為每個用戶設備(為簡明起見，以下將“用戶設備”簡稱為“用戶”)分配一個唯一的長度可能達到數千碼片的交織器用于多用戶檢測，另外，IDMA不兼容UMTS，且不支持多碼傳輸。
因此，需要一種新的多用戶檢測方法及裝置，從而優化UMTS系統(上行)鏈路的性能。
發明內容
本發明正是為了解決現有技術中的上述問題而提出的。
根據本發明的第一個方面，提供了一種在無線網絡的接收設備中用于對來自多用戶的信號進行檢測的方法，該方法包括以下步驟基于對來自各個用戶的用戶信號的第一估計值來對原始信號進行聯合檢測處理，以分別生成來自每個用戶的用戶信號的第二估計值，其中所述原始信號包含來自所有用戶的用戶信號；分別對所述來自每個用戶的用戶信號的第二估計值進行與發射端相對應的解復用處理，以生成所述每個用戶的用戶信號的解復用估計值；分別對所述每個用戶的用戶信號的解復用估計值進行與發射端相同的信號復用處理沒，以生成來自每個用戶的用戶信號的新的第一估計值；將所述用戶信號的新的第一估計值作為第一估計值來重復進行上述步驟a-c直至滿足預定條件。
根據本發明的第二個方面，提供了一種在無線網絡的接收設備中用于對來自多用戶的信號進行檢測的多用戶檢測裝置，該裝置包括聯合檢測裝置，用于基于對來自各個用戶的用戶信號的第一估計值來對原始信號進行聯合檢測處理，以分別生成來自每個用戶的用戶信號的第二估計值，其中所述原始信號包含來自所有用戶的用戶信號；解復用裝置，用于分別對所述來自每個用戶的用戶信號的第二估計值進行與發射端相對應的解復用處理，以生成所述每個用戶的用戶信號的解復用估計值；信號復用裝置，用于分別對所述每個用戶的用戶信號的解復用估計值進行與發射端相同的信號復用處理，以生成來自每個用戶的用戶信號的新的第一估計值；控制裝置，用于控制所述聯合檢測裝置、解復用裝置以及信號復用裝置將所述用戶信號的新的第一估計值作為第一估計值來重復進行上述處理直至滿足預定條件。
根據本發明的第三個方面，提供了一種在無線網絡的發射設備中用于輔助接收設備進行多用戶檢測的方法，其特征在于，利用預存的交織相關信息對待發送的信號序列進行交織處理。
根據本發明的第四個方面，提供了一種在無線網絡的發射設備中用于輔助接收設備進行多用戶檢測的輔助裝置，其特征在于，利用預存的交織相關信息對待發送的信號序列進行交織處理。
根據本發明的第五個方面，提供了一種在無線網絡中的接收設備，其特征在于，包括根據本發明的第二個方面提供的用于對來自多用戶的信號進行檢測的多用戶檢測裝置。
根據本發明的第六個方面，提供了一種在無線網絡中的發射設備，其特征在于，包括根據本發明的第四個方面提供的用于輔助接收設備進行多用戶檢測的輔助裝置。
采用本發明提供的方法及相應裝置，可以實現優化的多用戶檢測，以提高無線網絡(譬如，UMTS網絡)的上行鏈路性能。
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更加明顯。
圖1為根據本發明的一個具體實施方式
的無線網絡示意圖； 圖2為根據本發明的一個具體實施方式
的在圖1所示的無線網絡的接收設備中用于對來自多用戶的信號進行檢測的方法流程圖； 圖3為根據本發明的一個具體實施方式
的在圖1所示的無線網絡的接收設備中用于對來自多用戶的信號進行檢測的多用戶檢測裝置框圖； 圖4為根據本發明的一個具體實施方式
的在圖3所示的多用戶檢測裝置(或用戶端設備的發射設備)中用于對信號進行交織處理及解交織處理的方法示意圖； 圖5為根據本發明的一個具體實施方式
的在圖1所示的無線網絡的發射設備中用于輔助接收設備(位于基站V處)進行多用戶檢測的方法流程圖； 圖6為根據本發明的一個具體實施方式
的在圖1所示的無線網絡的發射設備中用于輔助接收設備(位于基站V處)進行多用戶檢測的裝置框圖； 圖7示出了本發明提出的MUD與現有UMTS的性能比較； 圖8為在12個UE的情形下迭代收斂的仿真結果圖； 圖9在多路徑加性高斯白噪聲信道中具有/沒有序列變換的最大近似仿真結果圖。
具體實施例方式 下面結合附圖對本發明進行詳細描述。
在以下的說明中，用戶信號表示來自一個用戶的信號，此外，對“信號”這個概念應靈活地理解，它既可以理解為發射設備b發出的用于鏈路兩端設備之間通信的信息比特，也可以理解為包括上述信息比特同時還包括(基于所述信息比特得到的)其它類型信息的一個上位概念，不具排他性地，可以包括先驗和/或后驗對數似然比。
網絡結構說明 圖1為根據本發明的一個具體實施方式
的無線網絡示意圖，該無線網絡(譬如，UMTS網絡)包括多個用戶I-IV(譬如，移動電話)，此外，還包括一個基站V。本發明所提供的在接收設備a中用于對來自多用戶的信號進行檢測的多用戶檢測裝置1即配置于基站V的接收設備a中；相應地，本發明提供的輔助裝置2配置于各個用戶設備的發射設備b中。應當理解，本發明提供的多用戶檢測裝置的應用不限于基站，可以應用于任何需要進行多用戶檢測的網絡設備中。其中，為簡明起見，僅在用戶I中示出了發射設備b及其中的輔助裝置2。
圖1中，用戶I、用戶II、用戶III和用戶IV基于W-CDMA技術經由上行信道向其所屬的基站V發送用戶信號，在基站V看來，其接收設備a接收到的原始信號包括來自上述各個用戶的用戶信號的疊加信號。因此，基站V需要通過其接收設備a中的多用戶檢測裝置1對所述原始信號進行檢測，從中分離出來自各個用戶的各路用戶信號。
接收端(進行多用戶檢測的網絡設備，譬如基站) 以下參照圖2并結合圖1對本發明的第一個方面進行詳細描述。圖2為根據本發明的一個具體實施方式
的在圖1所示的無線網絡的接收設備a中用于對來自多用戶的信號進行檢測的方法流程圖。該方法起始于步驟S10 在步驟S10中，包含來自用戶I-IV的各路用戶信號的原始信號到達基站V的接收設備a處后，基站V基于對來自各個用戶的用戶信號的第一估計值(譬如，先驗對數似然比)來對原始信號進行聯合檢測處理，以分別生成來自每個用戶的用戶信號的第二估計值。需要理解，由于涉及迭代，因此，基站V接收到的原始信號會在各次迭代中與前次迭代的反饋(即所述先驗對數似然比，以下會詳細說明)共同參與新的一次聯合檢測。
具體地，在本實施例中，以QPSK(四相移相鍵控)調制為例，非多碼形式下的傳輸碼片信號屬于I/Q，需要計算組成QPSK信號的每個用戶的每個接收碼片的概率。
假設在系統中有K個用戶，則基站V的接收設備a接收到的原始信號可以表示為式(1) 請理解，由于本發明基于碼片級檢測，i在此表示該信號(確切地說，該碼片)對應在基站V中同步進行檢測處理的多個復碼片中的第i個；Lk表示來自用戶k的用戶信號的傳輸路徑的最大數目；hkl表示來自用戶k的用戶信號的第l條傳輸路徑的復信道參數；ni是均值為0，方差為σ2的復高斯噪聲。
因此，以式(2)所示方式旋轉QPSK符號，以獲得田字型的星座圖 其中yki是一個具有標準星座的QPSK符號，將信道參數hkl順時針旋轉45°，得到
將其保存用于后面的處理。因此可以得到式(3)
其中，在關注來自一個用戶(譬如用戶k)的用戶信號ηkl(i)應看作包括來自其它各個用戶的用戶信號和前述ni在內的一個大的噪聲。根據中心極限定理，ηkl(i)可以很好地近似為一個復高斯隨機變量，因此它的概率密度函數可由式(4)得到 其中，上標“Re”和“Im”以及“x1”和“x2”分別表示實部和虛部。變量ηkl(i)(對來自用戶k的用戶信號而言的所謂噪聲)的均值(E)和方差(var)由式(5)和式(6)給出，應當理解，所述方差即為噪聲ηkl(i)的功率
其中，
將
和
替換為
和
可以得到E(ηkl(i)Im、var(ηkl(i)Im、E(riIm)和var(riIm)。
根據本發明的一個具體實施方式
，在CDMA系統中，本發明提供的多用戶檢測具有Turbo類型的結構，對所有用戶的用戶信號進行聯合檢測，具體地，利用從前一環路反饋回來的先驗對數似然比LLRpriori即
和
來進一步估計每個QPSK符號yki的均值和方差(LLRpriori的獲得過程請見對步驟S11的描述)。具體地，該QPSK符號yki的均值和方差可以通過式(9a)和式(9b)得到 根據本發明的一個具體實施方式
，在多用戶檢測剛剛開始時，也即第一次迭代尚未開始時，由于沒有返回的先驗對數似然比，因此在步驟S10中令且即假設yki為期望為0，方差為1(也即功率為1)的噪聲，進行第一次聯合檢測。
接著，通過式(10)和(11)得到每個碼片級QPSK符號yki，i＝1，2，...frame(其中，frame為在多用戶檢測裝置中同時處理的復碼片數)的實部和虛部的后驗對數似然比(LLRposterior)。
其中上標“1”表示第1條傳輸路徑。利用最大指數近似，可以將上述兩式簡化成以下的式(12)和式(13)。
其中，仿真表明，式(12)和式(13)提供了同式(10)和式(11)幾乎一樣的容量，因此，這個近似是有效的。
之前的計算都是針對各條信號傳輸路徑分別進行的，以下基于RAKE接收機來合并多條路徑所對應的由式(12)和(13)得到的后驗對數似然比 和 然后將其用于后續處理，以如式(15)所示的復數形式表示 以上描述了非多碼傳輸下的本發明的具體實施方式
。由于多碼傳輸(多個專用物理數據信道采用不同的OVSF即正交擴頻因子來同步地傳輸信號)是UMTS的特征，因此，本發明提供的多用戶檢測裝置及其方法也支持多碼傳輸。當然，該方法也適用于QAM(正交幅度調制)調制，因此也可用于WCDMA(寬帶碼分多址)系統中的HSUPA(高速上行分組接入)。
假設用戶k以多碼方式傳輸，則式(1)-(5)仍然適用。因為對于多用戶檢測裝置1而言，各用戶所使用的擾碼是已知的，多用戶檢測裝置1很容易就知道yki的哪個部分被六個平行碼復用(是實部，還是虛部)。因此，通過分別用
和
替換yki的被復用部分的均值和方差，可以計算后驗對數似然比，其中下標“u”指第u階子DPDCH(專用物理數據信道)，
是該第u階子DPDCH擴頻碼片流，通過與式(9)類似的步驟，可得到
和
因此，子DPDCH中每個碼片
，i＝1，2，...frame(“frame”表示在基站V中同時處理的連續復數碼片的數目)的后驗對數似然比由式16和17即可得出。
其中符號“|Re”指多碼傳輸位于QPSK符號的實部。用
和
替換
和
可以得到LLRpostl[zk，ui|Im]和
上述方案也可以利用最大指數近似來簡化，仿真表明所述最大指數近似可以提供與上述方案相接近的性能。
利用RAKE接收機將從所有傳輸路徑來的與用戶k相對應的信息進行合并，可以得到{LLRpostRAKE[zk，ul|Re]}i＝1frame和
(或{LLRpostRAKE[zk，ul|Im]}i＝1frame和
)，至此，生成了來自每個用戶的用戶信號的第二估計值(在本具體實施例中，所述第二估計值為后驗對數似然比)，接著進到步驟S11 在步驟S11中，多用戶檢測裝置1分別對步驟S10得到的來自每個用戶的用戶信號的后驗對數似然比進行與發射端相對應的解復用處理，以生成所述每個用戶的用戶信號的解復用估計值。根據本發明的一個具體實施例，所述解復用處理包括解擾和解擴頻處理，根據本發明的一個優選實施例，所述解復用處理包括解擾、解擴頻以及解交織處理。具體地，所述解復用處理通過如下過程實現 設{ski}i＝1frame為用戶k在用戶端對信號進行加擾時使用的復擾碼序列。由于接收到的QPSK信號已經在步驟S10中被順時針旋轉了45°，因此，用
解擾從步驟S10中獲得的后驗對數似然比； 復數QPSK符號流的LLR被映射到兩個DTCH(專用業務信道)，映射到DPDCH(專用物理數據信道)中的是{LLRpostRAKE[αki]}i＝1frame，而映射到DPCCH(專用物理控制信道)中的是{LLRpostRAKE[bki]}i＝1frame。其中，αk對應發射端擴頻編碼后在DPDCH上的信號；而bk則對應發射端擴頻編碼后的在DPCCH上的信號。
本領域的普通技術人員可以理解，在多碼傳輸中，{LLRpostRAKE[zk，ui]}i＝1frame被映射到第u階DPDCH。
接著，對所述經解擾的信號序列進行軟解碼(Soft Decoding)也即解擴處理。如下面的式(18)和式(19)所示 ant＝1，2，...ANT 其中，“αk”對應發射端的擴頻編碼前在DPDCH上的信號，而“βk”對應發射端擴頻編碼前在DPCCH上的信號；M為相應信道上的擴頻因子；“ant”和“ANT”分別表示多天線結構中的某個接收天線和接收天線的總數，上標“l”指第1個接收天線。容易理解，在多碼傳輸中，用
Mγ和zk，up分別替換
Mα和αkp后，即可得到LLRant[γk，ui]，其中，γik，μ對應發射端在擴頻編碼前的各DPDCH上的信號，而ωk為信道碼，至此，步驟S11完成了對信號的解復用； 如果所述接收設備a僅包括一個接收天線，則可直接進到S12；如果所述接收設備a包括多個接收天線，則還需將多個接收天線所對應的每個用戶的相同信號的解復用估計值(經過解復用的后驗對數似然比)進行合并，以生成每個用戶的用戶信號的合并估計值。具體地，利用下式對在步驟S11中經過解復用的后驗對數似然比進行組合 LLR[u]＝∑1≤ant≤ANTLLRant[u] 其中變量u在非多碼傳輸中代表αki和βki，在多碼傳輸中代表γk，ui和βki。通過收集從多個接收天線來的信息，并將其進行組合來估計某一個比特，在一個階段觀察到更多的確認信息，只需要很少的迭代環路就可以估計收斂。經過合并后，進到步驟S12； 在子步驟S12中，對所述解復用估計值(對應單接收天線)或合并估計值(對應多接收天線)進行信號復用處理，以生成來自每個用戶的用戶信號的新的先驗對數似然比，用于在如式(9)所示的處理中計算信號的功率和方差。當該信號被看作對于另一個信號的噪聲時(即在正對另一個用戶進行單用戶解碼時)，求得的方差可以有效地被作為這個“噪聲”的功率。除了正在被考察的用戶信號外的多個用戶的用戶信號的方差求和后，就可以看作被考察信號所受到的總的噪聲干擾，從而可以對其進行單用戶檢測。
隨著迭代次數的增加，在收斂之前，這些先驗對數似然比的絕對值將越來越大，那么方差也就越來越小，向“0”靠近。所以，在對某一個用戶的用戶信號進行檢測的時候，由于來自其它用戶的用戶信號等效成的噪聲功率隨著迭代次數而減小，估計的精度就可以提高。
根據本發明的一個具體實施方式
，所述步驟S12中的信號復用處理包括擴頻和加擾；根據本發明的一個優選實施例，所述信號復用處理包括擴頻、加擾以及交織處理。具體地，所述信號復用處理通過以下過程實現 以多接收天線情形為例，基于合并估計值來生成新的先驗LLR，如式(20)和(21)所示。
其中，i＝1，2，…，frame，
代表整數運算。如此，不僅完成了擴頻，而且去除了非本征信息，純的本征信息傳送到后續操作中。
在多碼傳輸中，式(20)需被調整為式(22)的形式。
接著，用
來加擾由式(22)所得的先驗對數似然比。實際上，這里的加擾的目的是隨機交換在DPDCH和DPCCH中同樣位置上相應的對數似然比，然后加擾每個DTCH中的對數似然比。此后，將經過加擾的先驗對數似然比用于下一個迭代環路中的操作(譬如，從步驟S10至步驟S12)，直至迭代收斂。根據本發明的一個具體實施方式
，可以預置迭代次數，當迭代檢測的次數達到預定數值后，利用所述合并估計值(對應多個接收天線)或經解復用的后驗對數似然比(對應單接收天線)，進行判決處理，在接收端還原出每個用戶的信號。譬如，如果該合并估計值較接近1，則將其判為1，否則判為0。
根據本發明的一個具體實施方式
，如果在發射端(即用戶端)對待發送上行信號進行了交織處理，則該方法的步驟S11中的解復用處理還將包括相應的解交織處理，而步驟S12中的復用操作還將包括相應的交織處理，以下結合圖4進行描述，圖4為根據本發明的一個具體實施方式
的在圖3所示的多用戶檢測裝置(或用戶端設備的發射設備)中用于對信號進行交織處理及解交織處理的方法示意圖。
在步驟S11中，對信號進行解交織處理的過程優選地位于解擾之后，而位于軟解碼(即解擴頻)之前。容易理解，所述解交織處理需建立在基站V了解其下屬的各個用戶所用的交織方式的基礎上。相應地，所述步驟S12中，對信號進行交織處理的過程優選地位于擴頻之后，而位于加擾之前。根據本發明的一個具體實施方式
，基站V可以通過在隨機訪問的過程中和連接建立時，就上行鏈路的信號傳輸為用戶分配擾碼、正交擴頻因子(OVSF)的同時，為用戶分配一個具體的數PT(序列變換標簽)，來實現對信號序列的進一步隨機化，使得高斯近似更為精確。應當理解，該序列變換標簽同樣可以預存在用戶端。
請參照圖4，圖中左半部示出了交織處理的方法，應當理解，所述交織處理的方法不僅限于應用在基站接收設備a的多用戶檢測裝置1中，同樣適用于用戶的發射裝置中。以用戶的發射裝置中的交織處理為例，采用左下角所示的順序對經過擴頻的碼元序列進行傳輸。所示的信號序列的原始傳輸順序為#1#2#...#PT-1#PT#PT+1...#frame，基于該序列變換標簽(前已述及，基站V知曉其下屬的各個用戶所用的交織方式)對信號序列進行如圖的交織處理后，新的傳輸順序為#1#PT+1#2PT+1#...#...#frame。圖中右半部示出了解交織處理的方法，用于對信號序列進行解交織處理的裝置將到來的信號序列從上往下存儲，然后按照右上角所示的順序進行傳輸。具體地，所述解序列變換操作對接收到的傳輸順序為#1#PT+1#2PT+1#...#...#frame的信號序列進行存儲，按照圖中右上角所示的順序輸出，輸出序列的傳輸順序為#1#2#3#4#...#...#frame，與未經交織處理的原始信號序列的傳輸順序相同。
擾碼合理地將干擾(包括噪聲和來自其它用戶的信號)進行高斯近似，這有利于最佳碼片級檢測和多用戶的區分。而上述交織處理則進一步隨機化了每個碼片流的順序，因此，一個原始信息比特擴頻后所得的各個碼片所受到的干擾分別包含了來自每個其他的用戶的多個不同原始信息比特擴頻后得到的碼片。也就是說，對來自每個用戶的每個原始信息比特的干擾獲得了進一步的隨機化。
舉例來說，如果不采用序列變換(即不需分配相應的序列變換標簽，用戶及多用戶檢測裝置1中也就不存在序列變換及解序列變換)，對來自一個用戶的每個比特的干擾將只包括來自其它每個UE的相應比特。舉例說明，假設共有8個用戶且擴頻因子為8，則來自其余7個用戶的各一個共7個比特構成了對目標用戶相應比特的干擾。采用交織處理，對目標用戶的一個比特的干擾包括來自其它7個用戶的各8個比特的共56個碼片，因此牽扯到56個不同的比特，這使得高斯近似更為準確。
在用戶端采用交織處理的情況下，相應地，在所述多用戶檢測裝置1中所述用于多用戶檢測的方法的步驟S11、S12中進行的解擴(軟解碼)和加擾處理的對象相應地變為“經解交織處理的信號”和“經交織處理的信號”，不再贅述。
以下參照圖3并結合圖1對本發明的第二個方面進行詳細描述。圖3為根據本發明的一個具體實施方式
的在圖1所示的無線網絡的接收設備a中用于對來自多用戶的信號進行檢測的多用戶檢測裝置框圖。所述多用戶檢測裝置1包括聯合檢測裝置10、解復用裝置11、信號復用裝置12、控制裝置13、判決裝置14、合并裝置15。其中，在基站V的接收設備a采用多個接收天線的情形下，可以為每個接收天線配置一個所述聯合檢測10、解復用裝置11、信號復用裝置12以及控制裝置13，而出于節約成本等考慮，可以在一個接收設備a中使用一個所述合并裝置15和一個判決裝置14。
包含來自用戶I-IV的各路用戶信號的原始信號到達基站V的接收設備a處后，所述聯合檢測裝置10基于對來自各個用戶的用戶信號的第一估計值來對原始信號進行聯合檢測處理，以分別生成來自每個用戶的用戶信號的第二估計值。具體地，在本實施例中，以QPSK(四相移相鍵控)調制為例，需要計算組成QPSK信號的每個用戶的每個接收碼片的概率。
假設在系統中有K個用戶，則基站V的接收設備a接收到的原始信號可以表示為式(1) 其中，i表示該信號對應在基站V中同步進行檢測處理的多個復碼片中的第i個；Lk表示來自用戶k的用戶信號的傳輸路徑的最大數目；hkl表示來自用戶k的用戶信號的第l條傳輸路徑的復信道參數；ni是均值為0，方差為σ2的復高斯噪聲。
以式(2)所示方式旋轉QPSK符號，以獲得田字型的星座圖 其中yki是一個具有標準星座的QPSK符號，將信道參數hkl順時針旋轉45°，得到
將其保存用于后面的處理。因此可以得到式(3)
其中，ηkl(i)可看作包括來自其它各個用戶的用戶信號在內的一個大的噪聲。根據中心極限定理，ηkl(i)可以很好地近似為一個復高斯隨機變量，因此它的概率密度函數可由式(4)得到 其中，上標“Re”和“Im”以及“x1”和“x2”分別表示實部和虛部。變量ηkl(i)(也即噪聲)的均值(E)和方差(var，可以理解，即為該噪聲的功率)由式(5)和式(6)給出
其中，
將
和
替換為
和
可以得到E(ηkl(i)Im)、var(ηkl(i)Im、E(riIm)和var(riIm)。
本發明提供的多用戶檢測采用Turbo類型的結構，對所有用戶的用戶信號進行聯合檢測，具體地，利用從前一環路反饋回來的先驗對數似然比LLRpriori即
和
來估計每個QPSK符號yki的均值和方差(由于涉及迭代，LLRpriori的獲得過程請見對步驟S11的描述)。具體地，該QPSK符號yki的均值和方差可以通過式(9a)和式(9b)得到 根據本發明的一個具體實施方式
，在多用戶檢測剛剛開始即第一次迭代尚未開始時，由于沒有返回的先驗對數似然比，因此令且即假設yki為期望為0，方差為1(也即功率為1)的噪聲，進行第一次聯合檢測。
接著，通過式(10)和(11)得到每個碼片級QPSK符號yki，i＝1，2，...frame(其中，frame為在多用戶檢測裝置中同時處理的復碼片數)的實部和虛部的后驗對數似然比(LLRposterior)。
其中上標“1”表示第1條傳輸路徑。利用最大指數近似，可以將上述兩式簡化成以下的式(12)和式(13)。
其中，仿真表明，式(12)和式(13)提供了同式(10)和式(11)幾乎一樣的容量，因此，這個近似是有效的。
之前的計算都是針對各條信號傳輸路徑分別進行的，以下基于RAKE接收機來合并多條路徑所對應的由式(12)和(13)得到的后驗對數似然比 和 然后將其用于后續處理，以如式(15)所示的復數形式表示 以上描述了非多碼傳輸下的本發明的具體實施方式
。由于多碼傳輸(多個專用物理數據信道采用不同的OVSF即正交擴頻因子來同步地傳輸信號)是UMTS的特征，因此，本發明提供的多用戶檢測裝置及其方法也支持多碼傳輸。當然，該方法也適用于QAM(正交幅度調制)調制，因此也可用于WCDMA(寬帶碼分多址)系統中的HSUPA(高速上行分組接入)。
假設用戶k以多碼方式傳輸，則式(1)-(5)仍然適用。因為對于多用戶檢測裝置1而言，各用戶所使用的擾碼是已知的，多用戶檢測裝置1很容易就知道yki的哪個部分被六個平行碼復用(是實部，還是虛部)。因此，通過分別用
和
替換yki的被復用部分的均值和方差，可以計算后驗對數似然比，其中下標“u”指第u階子DPDCH(專用物理數據信道)，
是該第u階子DPDCH擴頻碼片流，通過與式(9)類似的步驟，可得到
和
因此，子DPDCH中每個碼片
i＝1，2，...frame(“frame”表示在基站V中同時處理的連續復數碼片的數目)的后驗對數似然比由式16和17即可得出。
其中符號“|Re”指多碼傳輸位于QPSK符號的實部。用
和
替換
和
可以得到LLRpostl[zk，ui|Im]和
上述方案也可以利用最大指數近似來簡化，仿真表明所述最大指數近似可以提供與上述方案相接近的性能。
利用RAKE接收機將從所有傳輸路徑來的與用戶k相對應的信息進行合并，可以得到{LLRpostRAKE[zk，ui|Re]}i＝1frame和
(或{LLRpostRAKE[zk，ui|Im]}i＝1frame和
)，至此，生成了來自每個用戶的用戶信號的第二估計值(在本具體實施例中，所述第二估計值為后驗對數似然比)，該聯合檢測裝置10將其生成的所述后驗對數似然比傳遞給所述解復用裝置11 解復用裝置11對該聯合檢測裝置10得到的來自每個用戶的用戶信號的后驗對數似然比進行與發射端相對應的解復用處理，以生成所述每個用戶的用戶信號的解復用估計值。根據本發明的一個具體實施例，所述解復用處理包括解擾和解擴頻處理，根據本發明的一個優選實施例，所述解復用處理包括解擾、解擴頻以及解交織處理。具體地，所述解復用處理通過如下過程實現 設{ski}i＝1frame為用戶k在用戶端對信號進行加擾時使用的復擾碼序列。由于接收到的QPSK信號已經在步驟S10中被順時針旋轉了45°，因此，用
解擾由聯合檢測裝置10獲得的后驗對數似然比； 復數QPSK符號流的LLR被映射到兩個DTCH(專用業務信道)，映射到DPDCH(專用物理數據信道)中的是{LLRpostRAKE[αki]}i＝1frame，而映射到DPCCH(專用物理控制信道)中的是{LLRpostRAKE[bki]}i＝1frame。其中，αk對應發射端擴頻編碼后在DPDCH上的信號；而bk則對應發射端擴頻編碼后的在DPCCH上的信號。
本領域的普通技術人員可以理解，在多碼傳輸中，{LLRpostRAKE[zk，ui]}i＝1frame被映射到第u階DPDCH。
接著，對所述經解擾的信號序列進行軟解碼(Soft Decoding)也即解擴處理。如下面的式(18)和式(19)所示 ant＝1，2，...ANT 其中，“αk”對應發射端的擴頻編碼前在DPDCH上的信號，而“βk”對應發射端擴頻編碼前在DPCCH上的信號；M為相應信道上的擴頻因子；“ant”和“ANT”分別表示多天線結構中的某個接收天線和接收天線的總數，上標“l”指第1個接收天線。容易理解，在多碼傳輸中，用
Mγ和zk，up分別替換
Mα和akp后，即可得到LLRant[γk，ui]，其中，γik，μ對應發射端在擴頻編碼前的各DPDCH上的信號，而ωk為信道碼，至此，解復用裝置11完成了對信號的解復用處理，生成了所述每個用戶的用戶信號的解復用估計值； 如果所述接收設備a僅包括一個接收天線，則可直接將解復用估計值傳遞給所述信號復用裝置12；如果所述接收設備a包括多個接收天線，則還需利用一個合并裝置15將多個接收天線所對應的每個用戶的相同信號的解復用估計值(經過解復用裝置11處理的后驗對數似然比)進行合并，以生成每個用戶的用戶信號的合并估計值。具體地，利用下式對在經該解復用裝置11處理的后驗對數似然比進行組合 LLR[u]＝∑1≤ant≤ANTLLRant[u] 其中變量u在非多碼傳輸中代表αki和βki，在多碼傳輸中代表γk，ui和βki。通過收集從多個接收天線來的信息，并將其進行組合來估計某一個比特，在一個階段觀察到更多的確認信息，只需要很少的迭代環路就可以估計收斂。經過合并后，將合并估計值傳遞給信號復用裝置12； 信號復用裝置12對所述解復用估計值(對應單接收天線)或合并估計值(對應多接收天線)進行信號復用處理，以生成來自每個用戶的用戶信號的新的先驗對數似然比，用于在如式(9)所示的處理中計算信號的功率和方差。當該信號被看作對于另一個信號的噪聲時(即在正對另一個用戶進行單用戶解碼時)，求得的方差可以有效地被作為這個“噪聲”的功率。除了正在被考察的用戶信號外的多個用戶的用戶信號的方差求和后，就可以看作被考察信號所受到的總的噪聲干擾，從而可以對其進行單用戶檢測。
隨著迭代次數的增加，在收斂之前，這些先驗對數似然比的絕對值將越來越大，那么方差也就越來越小，向“0”靠近。所以，在對某一個用戶的用戶信號進行檢測的時候，由于來自其它用戶的用戶信號等效成的噪聲功率隨著迭代次數而減小，估計的精度就可以提高。
根據本發明的一個具體實施方式
，所述信號復用裝置12進行的信號復用處理包括擴頻和加擾；根據本發明的一個優選實施例，所述信號復用處理包括擴頻、加擾以及交織處理。具體地，所述信號復用處理通過以下過程實現 以多接收天線情形為例，基于合并估計值來生成新的先驗LLR，如式(20)和(21)所示。
其中，i＝1，2，…，frame，
代表整數運算。如此，不僅完成了擴頻，而且去除了非本征信息，純的本征信息傳送到后續操作中。
在多碼傳輸中，式(20)需被調整為式(22)的形式。
接著，用
來加擾由式(22)所得的先驗對數似然比。實際上，這里的加擾的目的是隨機交換在DPDCH和DPCCH中同樣位置上相應的對數似然比，然后加擾每個DTCH中的對數似然比。
所述控制裝置13在此后將經過加擾的先驗對數似然比用于下一個迭代環路中的操作，譬如，控制聯合檢測裝置10、解復用裝置11以及信號復用裝置12重復各自的操作，直至迭代收斂。根據本發明的一個具體實施方式
，可以預置迭代次數，當迭代檢測的次數達到預定數值后，由所述判決裝置14利用所述合并估計值(對應多個接收天線)或經解復用的后驗對數似然比(對應單接收天線)，進行判決處理，在接收端還原出每個用戶的信號。譬如，如果該合并估計值較接近1，則將其判為1，否則判為0。
根據本發明的一個具體實施方式
，如果在發射端(即用戶端)對待發送上行信號進行了交織處理，則該解復用裝置11應包括用于對信號進行解交織處理的裝置(簡明起見未在圖中示出)，而所述信號復用裝置12的復用操作還將包括相應的用于對信號進行交織處理的裝置(簡明起見未在圖中示出)，以下結合圖4進行描述。
優選地，所述用于對信號進行解交織處理的裝置對經解擾的信號進行處理，而經過其解交織處理的信號將用于后續的軟解碼(即解擴頻)處理。容易理解，所述解交織處理需建立在基站V了解其下屬的各個用戶所用的交織方式的基礎上。相應地，所述用于對信號進行交織處理的裝置對經擴頻的信號進行處理，而經過其交織處理的信號將用于后續的加擾處理。根據本發明的一個具體實施方式
，基站V可以通過在隨機訪問的過程中和連接建立時，就上行鏈路的信號傳輸為用戶分配擾碼、正交擴頻因子(OVSF)的同時，為用戶分配一個具體的數PT(序列變換標簽)，來實現對信號序列的進一步隨機化，使得高斯近似更為精確。應當理解，該序列變換標簽同樣可以預存在用戶端。
請參照圖4，圖中左半部示出了交織處理的方法，應當理解，所述交織處理的方法不僅限于應用在基站接收設備a的多用戶檢測裝置1中，同樣適用于用戶的發射裝置中。以用戶的發射裝置中的交織處理為例，采用左下角所示的順序對經過擴頻的碼元序列進行傳輸。所示的信號序列的原始傳輸順序為#1#2#...#PT-1#PT#PT+1...#frame，基于該序列變換標簽(前已述及，基站V知曉其下屬的各個用戶所用的交織方式)對信號序列進行如圖的交織處理后，新的傳輸順序為#1#PT+1#2PT+1#...#...#frame。圖中右半部示出了解交織處理的方法，用于對信號序列進行解交織處理的裝置將到來的信號序列從上往下存儲，然后按照右上角所示的順序進行傳輸。具體地，所述解序列變換操作對接收到的傳輸順序為#1#PT+1#2PT+1#...#...#frame的信號序列進行存儲，按照圖中右上角所示的順序輸出，輸出序列的傳輸順序為#1#2#3#4#...#...#frame，與未經交織處理的原始信號序列的傳輸順序相同。其中，將交織后的一個序列變換標簽長度下的碼片集合稱為一個Page(頁)，而這個Page的大小也對應著發送寄存器和接收寄存器的一個子部分的大小。
擾碼合理地將干擾(包括噪聲和來自其它用戶的信號)進行高斯近似，這有利于最佳碼片級檢測和多用戶的區分。而上述交織處理則進一步隨機化了每個碼片流的順序，因此，一個原始信息比特擴頻后所得的各個碼片所受到的干擾分別包含了來自每個其他的用戶的多個不同原始信息比特擴頻后得到的碼片。也就是說，對來自每個用戶的每個原始信息比特的干擾獲得了進一步的隨機化。
舉例來說，如果不采用序列變換(即不需分配相應的序列變換標簽，用戶及多用戶檢測裝置1中也就不存在序列變換及解序列變換)，對來自一個用戶的每個比特的干擾將只包括來自其它每個UE的相應比特。舉例說明，假設共有8個用戶且擴頻因子為8，則來自其余7個用戶的各一個共7個比特構成了對目標用戶相應比特的干擾。采用交織處理，對目標用戶的一個比特的干擾包括來自其它7個用戶的各8個比特的共56個碼片，因此牽扯到56個不同的比特，這使得高斯近似更為準確。
在用戶端采用交織處理的情況下，相應地，在所述多用戶檢測裝置1的解復用裝置11和信號復用裝置12中進行的解擴(軟解碼)和加擾處理的對象相應地變為“經解交織處理的信號”和“經交織處理的信號”，不再贅述。
發射端(用戶端設備) 為提高高斯近似的精度，本發明優選地在用戶端的發射設備b中對信號序列進行交織處理，進一步隨機化碼片序列。以下具體結合圖5和圖6并參照圖1進行描述。
圖5為根據本發明的一個具體實施方式
的在圖1所示的無線網絡的發射設備b中用于輔助接收設備a(位于基站V處)進行多用戶檢測的方法流程圖。由圖可見，用戶端設備的發射設備b利用預存的PT(序列變換標簽)對經過擴頻處理的信號(碼片序列)進行交織處理，交織處理后的各信道上的碼片序列經過合并(為簡明起見，未示出合并所述各信道上碼片序列的步驟)，得到如下式所示的信號再用復擾碼對其進行加擾處理。復擾碼流{ski}i＝1frame同UMTS中速率為3.84Mps的擾碼流相同。表示發送的碼片序列，可以采用QPSK或者QAM調制，其中{pki}j＝1frame和{qki}j＝1frame是實數序列。圖中，Mα、Mβ為相應信道上的擴頻因子；
表示擴頻碼；frame表示在發射設備b中同時處理的碼片數，容易理解，相應的原始信息比特數即為frame/Mα(β)。
應當理解，雖然以上僅對非多碼傳輸方式下的所述方法進行描述，但本領域技術人員能夠理解，在多碼傳輸方式下，只要依照上述描述，在各個DPDCH上分別進行交織處理即可，再對合并后的碼片序列用復擾碼進行加擾處理。
圖6為根據本發明的一個具體實施方式
的在圖1所示的無線網絡的發射設備b中用于輔助接收設備a(位于基站V處)進行多用戶檢測的裝置框圖。為了表明根據本實施例的處理過程，圖6中除了示出用于利用預存的序列變換標簽對待發送信號序列進行交織處理的輔助裝置21，還示出了擴頻裝置20和加擾裝置22。具體地，該輔助裝置21利用預存的PT(序列變換標簽)對由擴頻裝置20進行擴頻處理得到的信號(碼片序列)進行交織處理，而后經過交織處理的各信道上的碼片序列經過合并(為簡明起見，未示出用于合并所述各信道上碼片序列的裝置)，得到如下式所示的信號，該信號再由加擾裝置22利用復擾碼進行加擾處理。應當理解，雖然以上僅對非多碼傳輸方式下的所述發射設備b特別是其中的輔助裝置21進行描述，但本領域技術人員能夠理解，在多碼傳輸方式下，只要依照上述描述，在各個DPDCH上分別進行交織處理即可，再對合并后的碼片序列用復擾碼進行加擾處理。
以下結合仿真圖對本發明的優勢進行說明。
請見圖7，可見，在目前的UMTS系統中，沒有使用這樣的MUD，而直接用擾碼來分離用戶，性能距離理想效果相去甚遠。
在仿真中，假設信道為加性高斯白噪聲信道，采用240kbps的DPDCH，既然DPCCH的容量不是問題，就不考慮DPCCH。當PT＝1時，利用本方案能增強UMTS。本方案中的MUD(多用戶檢測器)每次處理一個時間槽，該時間槽包含160個比特的2560個碼片，其中，沒有采用信道編碼。圖7提供了時間槽分割前的仿真結果。
在圖7中，“max”和“exp”分別代表近似的MUD和原始的MUD。K是系統中UE(用戶設備)的總數目。KUMTS表示具有K個UE的UMTS中現有的解碼方法。為“12max(exp)”和“16max(exp)”預定義了一個8環路迭代，在更少用戶的時候采用6環路迭代。很顯然本方案中的MUD提供了比現有的UMTS更好的性能，并且通過信道編碼能夠得到更好的性能。
圖8顯示了PT＝1時的UMTS中的原始MUD和近似MUD，在少量的環路中收斂，例如對于具有12個UE的系統來說，5到6個環路足夠了。圖7和8證明了最大對數近似的有效性。
圖9顯示了假設擴頻因子為8的480kbps，DPDCH的最大近似MUD的性能，傳輸信道為加性高斯白噪聲信道，PT矢量為[16，8，32，5，64，10，20，40，2，4]，其中每個條目分配給不同的UE。通過PT＝1時，對MUD進行比較，很容易發現對發送序列進行序列變換的MUD提供了更大的容量。
以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在所附權利要求的范圍內做出各種變形或修改。
權利要求
1.一種在無線網絡的接收設備中用于對來自多用戶的信號進行檢測的方法，包括以下步驟
a.基于來自各個用戶的用戶信號的第一估計值來對原始信號進行聯合檢測處理，以分別生成來自每個用戶的用戶信號的第二估計值，其中所述原始信號包含來自所有用戶的用戶信號；
b.分別對所述來自每個用戶的用戶信號的第二估計值進行解復用處理，以生成所述每個用戶的用戶信號的解復用估計值；
c.分別對所述每個用戶的用戶信號的解復用估計值進行信號復用處理，以生成來自每個用戶的用戶信號的新的第一估計值；
d.將所述用戶信號的新的第一估計值作為第一估計值來重復進行上述步驟a-c直至滿足預定條件。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟
f.當滿足預定條件后，對所述每個用戶的用戶信號的解復用估計值進行判決處理，以生成所述每個用戶的輸出信號。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟
b’.將多個接收天線所對應的每個用戶的相同信號的解復用估計值進行合并，以生成每個用戶的用戶信號的合并估計值；
其中，所述步驟c為分別對所述每個用戶的用戶信號的經合并的估計值進行信號復用處理，以生成來自每個用戶的用戶信號的新的第一估計值。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟
f.當滿足預定條件后，將所述每個用戶的用戶信號的合并估計值進行判決處理，以生成所述每個用戶的輸出信號。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟a還包括
對每個用戶，基于對來自其他所有用戶的用戶信號的第一估計值來對原始信號進行聯合檢測處理，以分別生成來自該用戶的用戶信號的第二估計值。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟b還包括
分別對所述來自每個用戶的用戶信號的第二估計值進行解擾和/或解擴和/或解交織處理，以生成所述每個用戶的解擾和/或解擴和/或解交織處理的用戶信號；
其中，所述步驟c還包括
分別對所述每個用戶的經還原的用戶信號進行加擾和/或擴頻和/或交織處理，以生成來自每個用戶的用戶信號的新的第一估計值。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的方法，其特征在于，所述第一估計值為先驗對數似然比；所述第二估計值為后驗對數似然比。
8.一種在無線網絡的接收設備中用于對來自多用戶的信號進行檢測的多用戶檢測裝置，包括
聯合檢測裝置，用于基于對來自各個用戶的用戶信號的第一估計值來對原始信號進行聯合檢測處理，以分別生成來自每個用戶的用戶信號的第二估計值，其中所述原始信號包含來自所有用戶的用戶信號；
解復用裝置，用于分別對所述來自每個用戶的用戶信號的第二估計值進行解復用處理，以生成所述每個用戶的用戶信號的解復用估計值；
信號復用裝置，用于分別對所述每個用戶的用戶信號的解復用估計值進行信號復用處理，以生成來自每個用戶的用戶信號的新的第一估計值；
控制裝置，用于控制所述聯合檢測裝置、解復用裝置以及信號復用裝置將所述用戶信號的新的第一估計值作為第一估計值來重復進行上述處理直至滿足預定條件。
9.根據權利要求8所述的多用戶檢測裝置，其特征在于，還包括
判決裝置，用于當滿足預定條件后，對所述每個用戶的用戶信號的解復用估計值進行判決處理，以生成所述每個用戶的輸出信號。
10.根據權利要求8所述的多用戶檢測裝置，其特征在于，還包括
合并裝置，將多個接收天線所對應的每個用戶的相同信號的解復用估計值進行合并，以生成每個用戶的用戶信號的合并估計值；
其中，所述信號復用裝置還用于，分別對所述每個用戶的用戶信號的經合并的估計值進行信號復用處理，以生成來自每個用戶的用戶信號的新的第一估計值。
11.根據權利要求10所述的多用戶檢測裝置，其特征在于，所述判決裝置還用于，當滿足預定條件后，將所述每個用戶的用戶信號的合并估計值進行判決處理，以生成所述每個用戶的輸出信號。
12.根據權利要求8-11中任一項所述的多用戶檢測裝置，其特征在于，所述聯合檢測裝置還用于，對每個用戶，基于對來自其他所有用戶的用戶信號的第一估計值來對原始信號進行聯合檢測處理，以分別生成來自該用戶的用戶信號的第二估計值。
13.根據權利要求8-12中任一項所述的多用戶檢測裝置，其特征在于，所述解復用裝置包括
解擾裝置和/或解擴裝置和/或解交織裝置，用于分別對所述來自每個用戶的用戶信號的第二估計值進行解擾和/或解擴和/或解交織處理，以生成所述每個用戶的解擾和/或解擴和/或解交織處理的用戶信號；
其中，所述信號復用裝置還包括
加擾和/或擴頻和/或交織裝置，用于分別對所述每個用戶的經還原的用戶信號進行加擾和/或擴頻和/或交織處理，以生成來自每個用戶的用戶信號的新的第一估計值。
14.根據權利要求8-13中任一項所述的多用戶檢測裝置，其特征在于，所述第一估計值為先驗對數似然比；所述第二估計值為后驗對數似然比。
15.一種在無線網絡中的接收設備，其特征在于，包括根據權利要求8-14中任一項所述的用于對來自多用戶的信號進行檢測的多用戶檢測裝置。
16.一種在無線網絡的發射設備中用于輔助接收設備進行多用戶檢測的方法，其特征在于，利用預存的交織相關信息對待發送的信號序列進行交織處理。
17.一種在無線網絡的發射設備中用于輔助接收設備進行多用戶檢測的輔助裝置，其特征在于，利用預存的交織相關信息對待發送的信號序列進行交織處理。
18.一種在無線網絡中的發射設備，其特征在于，包括根據權利要求17所述的用于輔助接收設備進行多用戶檢測的輔助裝置。
全文摘要
本發明提供了在無線網絡中用于多用戶檢測的方法及其裝置。具體地，采用本發明的技術方案，在接收設備中基于來自各個用戶的用戶信號的第一估計值對原始信號進行聯合檢測處理，接著對聯合檢測處理所得第二估計值進行解復用處理而后再對解復用處理所得第二估計值進行信號復用處理，重復操作直至迭代收斂或達到規定迭代次數。本發明在多次迭代中積累高斯估計的精確度，提供了優于現有技術的多用戶檢測方案，優化了上行鏈路的性能。
文檔編號H04B7/00GK101232692SQ20071003675
公開日2008年7月30日 申請日期2007年1月23日 優先權日2007年1月23日
發明者巍 倪 申請人:上海貝爾阿爾卡特股份有限公司