CN1133291C - 一种wcdma系统中扩频干扰消除的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种WCDMA系统中扩频干扰消除的方法和装置。所述方法是利用插入数据信道的非连续导频符号进行信道估计，并使用扩频因子作为分组系数进行干扰消除，是串行干扰对消和并行干扰对消的结合。本发明提出的扩频干扰消除的装置结构简单，对于多业务条件下的干扰消除效果非常明显，能够有效消除高速业务传输情况下对低速业务的影响，且大大减小了运算复杂度。

Description

一种WCDMA系统中扩频干扰消除的方法和装置

本发明涉及通信系统，具体涉及宽带码分多址(WCDMA)通信接收机中的多址干扰消除装置和方法。

在DS-CDMA移动通讯系统中，多径干扰(MPI，Multipath Interference)和多址干扰(MAI，Multiple Access Interference)是限制系统容量和性能的最重要因素。由于CDMA系统信道复用是通过扩频码的正交性来实现的，然而，系统中扩频码序列很难实现完全正交，有时甚至不可能达到正交。所以在用户数目较多时，不同用户彼此间的码字干扰将会比较严重，亦即存在着严重的多址干扰，从而极大地降低通信质量，限制系统用户容量的提升。在现有的常规CDMA接收机中，通常采用RAKE分集接收来抑制多径干扰的影响，但往往较少考虑无线信道中多址干扰的影响，因此系统容量难以有较大提升。为提高系统容量，通常采用功率控制的方法，以减小不同用户彼此间的码字干扰(即多址干扰)；但是，功率控制的方法一方面实现起来比较复杂，另一方面也不能从接收信号中真正消除多址干扰，只能部分降低多址干扰，难以从根本上解决多址干扰问题。为了在有效消除多址干扰的同时又能大幅度提高系统容量，最好是采用多用户检测(MUD)技术。

最佳多用户检测器由S.Verdu在1986年提出。目前，多用户检测主要分为两个大类，线性多用户检测和非线性多用户检测。线性多用户检测主要包括最小均方误差(MMSE)检测，线性解相关多用户检测，多项式扩展检测等。非线性多用户检测主要包括并行干扰消除，串行干扰消除，判决反馈干扰消除等多种方法。在WCDMA系统中，基站承载用户数较多，致使线性多用户检测的运算量过大，难以在实际系统中使用。而非线性多用户检测技术，即干扰消除则以其运算相对简单，运算复杂度低等优势受到各方面的关注。传统的干扰消除多用户接收机仍然存在着很多问题：在下一带的移动通讯系统中不仅需要传输话音业务，还要传输各种分组数据业务，多媒体业务等。对不同业务类型的处理，信号的接收和原始信号的恢复不够精确等导致传统的干扰消除多用户接收机的性能较差或运算过于复杂，在实际系统中无法实现。

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种宽带码分多址(WCDMA)系统扩频干扰消除的方法和装置，能兼顾系统的结构和运算量，同时减小处理时间延迟。

为实现本发明的目的，本发明提出的扩频干扰消除的装置包括：

扩频分组控制器，用于接收接人前导信息，并根据对前导信息获得的扩频因子对干扰分组器进行配置和排序处理；

(n-1)个时延模块，第一个时延模块将所述扩频分组控制器的原始信号进行时延后，送至第二个干扰分组器，第二个时延模块将时延信号送至第三个干扰分组器，以此类推，第(n-1)时延模块将时延信号送至第(n)个干扰分组器；

n个干扰分组器，第一个干扰分组器接收所述扩频分组控制器的信号进行并行干扰消除处理，处理后的信号一部分输出，另一部分送至第2个干扰分组器；从第2个干扰分组器开始，直至第(n)个干扰分组器，对接收到的时延模块和干扰分组器的信号进行并行干扰消除处理，并输出处理后的信号同时将该信号送至下一个干扰分组器。

在上述的扩频干扰消除装置中，所述干扰分组器包括：

相减运算器，用于对原始输入信号和上一组干扰分组器的输出信号进行相减运算，并将运算结果送至第一级干扰分组单元；

m级串联的干扰分组单元，每一级干扰分组单元包括一个时延单元，k个干扰消除器和一个运算器组；第一级干扰分组单元接收来自相减运算器的信号，并将处理后的信号送给下一级干扰分组单元，第m级的干扰分组单元将处理后的信号送给接收器；

k个接收器，用于接收第m级干扰分组单元处理的信号，将处理后的信号送至解码器；

在上述干扰分组单元中，所述时延单元，用于接收上一级传来的原始信号，经过时延处理，使原始信号与恢复后的信号严格达到同步，送给本级运算器组；

所述k个干扰消除器并行连接，用于接收干扰分组单元外部输入的信号，进行干扰消除处理，然后把处理后的信号送至本级运算器组；

所述运算器组，用于对干扰消除器输出的信号进行运算处理，并将运算结果输出。

本发明所述的扩频干扰装置中，所述的干扰消除器具体包括：

与接收器结构相同的接收模块：用于接收上一级运算器组输出的信号，进行解扰解扩，最大比合并得到原始数据信号，送给硬判决模块；

硬判决模块：接收来自接收模块的信号进行硬判决处理后送至恢复模块；

恢复模块：接收硬判决模块输出的信号，使用多径时延和信道估计得到的相位信息将信号重新加扩加扰为类似原始信号的数据，并将该数据送给本级的运算器组。

本发明提出的用于所述扩频干扰消除装置的方法，包括以下步骤：

1、扩频分组控制器根据解调接入信道的前导信号获得随后接入的专用信道的各种信道信息；

2、扩频分组控制器根据获得的信道信息中的扩频因子对各个干扰分组器进行配置和排序处理；

3、各个干扰分组器根据控制信号配置PN码生成器，产生解调不同用户所需的扩频码和扰码；

4、在干扰分组器内部进行部分多级并行干扰消除处理；同时

5、在干扰分组器之间进行串行干扰消除处理。

所述的扩频干扰消除方法，步骤2具体包括：

(1)、根据扩频因子的大小，所述扩频分组控制器对所述干扰分组器进行预配置；

(2)、在接入过程中，所述扩频分组控制器将预配置对不同业务进行对应配置，按业务的所需容量大小逆配置所述干扰分组器；

(3)、如有用户需要进行不同的业务，原配置保持不变。

所述的扩频干扰消除方法，步骤4具体包括：

在干扰分组器中将接收经过时延模块的原始信号r(t)和上级干扰分组器输出的累计干扰信号sn(t)相减后，输入第一级干扰消除器进行干扰消除处理，处理结果再送至下一级干扰消除器，直至第m级完成内部的并行干扰消除，将消除后的信号送至所述接收器进行信号解调，解调后的信号送给下一级干扰分组器。

所述的扩频干扰消除方法，步骤5具体包括：

各级干扰分组器接收部分经过上一级干扰分组器干扰消除和解调的信号，同时接收经过所述时延模块时延处理后的原始信号，对这两种信号运算后进行本级并行消除；以此类推，直至干扰分组器(n)消除处理结束。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

图1是本发明提出的扩频干扰消除装置的整体结构图。

图2是图1中干扰分组器2000的结构图。

图3是图2中干扰消除器的结构图。

图4是本发明提出的扩频干扰消除方法流程图。

如图1所示，所述扩频干扰消除装置包括扩频分组控制器1000、n个干扰分组器2000和(n-1)个时延模块3000，图中“2000-n”表示第n个干扰分组器，“3000-(n-1)”表示第(n-1)个时延模块，由于干扰分组器(1)不接收时延信号，因此第一个时延模块(3000-1)与干扰分组器(2)相连接。从干扰分组器(2)开始，所述干扰分组器不仅需要接收经过时延模块时延处理的原始信号r(t)，还要接收上级干扰分组器输出的累计干扰信号sn(t)。在WCDMA系统中，系统支持多种传输速率如2M，384K，144K，64K，12.2K等等。随着数据率的提高，发射功率明显上升。在基站侧，高数据率的信号数据链路虽然较少，但对其他的链路造成的干扰却是最严重的。因此所述扩频分组控制器对于所述干扰分组器的排序时基于扩频因子这一参数，扩频因子最小的一组用户由于发射功率高于其他用户，低速率信道的噪声干扰影响可以忽略，因此为其预分配干扰分组器(1)，以这一原则依次分配，一直到扩频因子最大的用户分配到干扰分组器(n)。每一干扰分组器将进行组内并行消除后的信号传给下一级干扰分组器，同时还将该信号输出。

如图2所示，每一干扰分组器中有m级干扰分组单元，每一级包括k个并行的干扰消除器2100、一个时延单元2300和一个运算器组2200。经过干扰分组器外的时延模块3000处理后的原始信号r(t)与上一级干扰分组器干扰消除输出的累计信号sn(t)在经过相减运算器2400后，传送到第一级、第二级……第m级干扰分组单元依次进行组内并行消除。从实验结果，两级消除基本能达到目的。最后得到的信号送至接收器2500进行解扰/解扩，最大比合并以得到原始数据信号。

如图3所示，表示的是每一干扰消除器的内部结构，包括接收模块2110，硬判决模块2130和恢复模块2120。所述的接收模块与图2中干扰分组器中的接收器2500结构相同。

如图4所示，是本发明提出的扩频干扰消除方法的流程图。

本发明为串行干扰对消和并行干扰对消的结合。

在扩频分组控制器中，系统首先接收接入前导信息，获得接入各个用户的扩频系数、扩频码号、扰码号等。扩频分组控制器根据前导信息获得的扩频因子，对各个干扰分组器进行配置，并排序处理。在排序过程中，有如下的判断：

根据扩频因子的大小，扩频分组控制器1000对干扰分组器2000进行预配置，扩频因子最小的用户送入干扰分组器(1)，次之的到干扰分组器(2)，一直到干扰分组器(n)；

在接入过程中，扩频分组控制器1000将预配置对不同业务进行对应配置，按业务的传输速率大小逆配置所述干扰分组器，即对所需速率最小的业务如话音业务将其分配至干扰分组器(n)；

如有用户需要进行不同的业务，原配置的干扰分组器保持不变至到连接结束，不需根据业务的传输速率再分配。

对于扩频因子最小，接收功率最大的用户只在其内部进行干扰的并行相互消除处理。在解调后，得到信息后再将信号进行恢复，获得单用户的原始恢复信号，相加获得当前组的原始恢复信号。送给下一级干扰分组器。

下一级的干扰分组器不仅需要接收经过时延模块的原始信号r(t)，还要接收上级干扰分组器输出的累计干扰信号sn(t)。在干扰分组器中相减后再进行本次的并行干扰消除处理。以此类推，直至扩频因子最大组的干扰消除处理完成。

在单个干扰消除器中，根据多径搜索2111获得的多径信息和系统产生的对应PN码2113对基带接收信号进行分径的解扩/解扰2112。本系统的多径搜索模块产生五条主径的相位时延信息，但在第一级和第二级干扰消除器中仅使用分离出的最强径和次强径进行解调和信道估计恢复，接收模块2110则采用多径搜索的三条主径进行处理。这样做的目的也是为了尽可能的减小运算的复杂度。信号的每条单径分别进行如下处理：

将扩频后的码片速率解调为符号速率的信息，然后经过解复用，将导频序列从信道数据中提取出来，送入信道估计模块2114进行信道估计处理。信道估计采用保持或内插滤波2116均可。使用信道估计模块2114输出的幅值和相位的信息对数据信号进行补偿2115。再对获得到的各个径的信号进行最大比合并2117。从而完成单个用户的信号解调工作。

硬判决模块2130对最大比合并后的数据进行硬判决。

恢复模块2120的工作过程是：

对硬判决后的数据首先根据PN码生成器2114生成的PN码对信号进行加扩/加扰2121获得扩频加扰数据。再使用信道估计输出的相位幅值信息进行信道恢复2122，以避免无线传输信道对信号造成的影响。再进行上采样滤波2123，产生与通过A/D变换的原始数据相同数据率的信号，再加入多径跟踪模块的多径信息2111，并进行多径信息的求和，生成单用户的原始恢复信号。这样就完成了恢复模块2120的工作。

本发明提出的一种WCDMA系统中扩频干扰消除的方法和装置，所述方法是利用插入数据信道的非连续导频符号进行信道估计，并使用扩频因子作为分组系数进行干扰消除，是串行干扰对消和并行干扰对消的结合。本发明提出的扩频干扰消除的装置结构简单，对于多业务条件下的干扰消除效果非常明显，能够有效消除高速业务传输情况下对低速业务的影响，且大大减小了运算复杂度。对于单个用户，无需对其他的所有用户进行干扰恢复消除处理。

Claims (9)

1、一种WCDMA系统扩频干扰消除的装置，其特征在于包括：

扩频分组控制器(1000)，用于接收接人前导信息，并根据对前导信息获得的扩频因子对干扰分组器(2000)进行配置和排序处理；

(n-1)个时延模块(3000)，第一个时延模块(3000-1)将所述扩频分组控制器(1000)的原始信号进行时延后，送至第二个干扰分组器(2000-2)，第二个时延模块(3000-2)将时延信号送至第三个干扰分组器(2000-3)，以此类推，第(n-1)时延模块(3000-(n-1))将时延信号送至第(n)个干扰分组器(2000-n)；

n个干扰分组器(2000)，第一个干扰分组器(2000-1)接收所述扩频分组控制器(1000)的信号进行并行干扰消除处理，处理后的信号一部分输出，另一部分送至第二个干扰分组器(2000-2)；从第二个干扰分组器(2000-2)开始，直至第(n)个干扰分组器(2000-n)，对接收到的时延模块(3000)和干扰分组器(2000)的信号进行并行干扰消除处理，并输出处理后的信号同时将该信号送至下一个干扰分组器。

2、如权利要求1所述的扩频干扰消除装置，其特征在于所述干扰分组器(2000)包括：

相减运算器(2400)，用于对原始输入信号和上一组干扰分组器的输出信号进行相减运算，并将运算结果送至第一级干扰分组单元；

m级串联的干扰分组单元，第一级干扰分组单元接收来自相减运算器的信号，并将处理后的信号送给下一级干扰分组单元，从第二级开始至第(m-1)级，上一级干扰分组单元将处理后的信号送入下一级，第m级的干扰分组单元将处理后的信号送给接收器；

k个接收器(2500)，用于并行接收第m级干扰分组单元处理的信号，将处理后的信号输出。

3、如权利要求2所述的扩频干扰消除装置，其特征在于所述干扰分组单元包括：

时延单元(2300)，用于接收上一级传来的原始信号，经过时延处理，使原始信号与恢复后的信号达到同步，送给本级运算器组；

k个干扰消除器并行连接，用于接收干扰分组单元外部输入的信号，进行干扰消除处理，然后把处理后的信号送至本级运算器组；

运算器组(2200)，用于对干扰消除器输出的信号进行运算处理，并将运算结果输出。

4、如权利要求3所述的扩频干扰消除装置，其特征在于所述干扰消除器包括：

与接收器(2500)结构相同的接收模块(2110)，用于接收上一级运算器组输出的信号，进行解扰解扩，最大比合并得到原始数据信号，送给硬判决模块；

硬判决模块(2130)，用于将来自接收模块的信号进行硬判决处理后送至恢复模块(2120)；

恢复模块(2120)，接收硬判决模块输出的信号，使用多径时延和信道估计得到的相位信息将信号重新加扩加扰为原始信号的数据，并将该数据送给本级的运算器组。

5、一种应用于权利要求1所述的扩频干扰消除装置中的方法，其特征在于包括：

(1)所述扩频分组控制器(1000)根据解调接入信道的前导信号获得随后接入的专用信道的各种信道信息；

(2)所述扩频分组控制器(1000)根据获得的信道信息中的扩频因子对所述干扰分组器(2000)进行配置和排序处理；

(3)所述干扰分组器(2000)根据控制信号配置PN码生成器(2113)，产生解调不同用户所需的扩频码和扰码；

(4)在所述干扰分组器(2000)内部进行部分多级并行干扰消除处理；同时

(5)在所述干扰分组器(2000)之间进行串行干扰消除处理。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤(2)对所述干扰分组器(2000)进行配置和排序处理包括：

首先，根据扩频因子的大小，所述扩频分组控制器(1000)对所述干扰分组器(2000)进行预配置；

在接入过程中，所述扩频分组控制器(1000)将预配置按照业务的不同对用户进行配置，按业务的传输速率大小逆配置所述干扰分组器(2000)；

如有用户需要进行传输速率不同的业务，原配置的干扰分组器保持不变。

7、如权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤(4)的干扰分组器(2000)内部进行部分多级并行干扰消除处理包括：

在干扰分组器中将接收经过时延模块的原始信号r(t)和上级干扰分组器输出的累计干扰信号sn(t)相减后，输入第一级干扰消除器进行干扰消除处理，处理结果再送至下一级干扰消除器，直至第m级完成内部的并行干扰消除，将消除后的信号送至所述接收器(2110)进行信号解调，解调后的信号送给下一级干扰分组器。

8、如权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤(5)的所述干扰分组器(2000)之间进行串行干扰消除处理包括：

本级干扰分组器接收部分经过上一级干扰分组器干扰消除和解调的信号，同时接收经过所述时延模块(3000)时延处理后的原始信号，对这两种信号运算后进行本级并行消除；以此类推，直至干扰分组器(n)消除处理结束。

9、如权利要求7所述的方法，其特征在于所述干扰消除器的干扰消除处理包括：

将扩频后的码片速率解调为符号速率的信息，然后经过解复用，将导频序列从信道数据中提取出来，送入信道估计模块(2114)进行信道估计处理；信道估计采用保持或内插滤波(2116)均可；

使用信道估计模块(2114)输出的幅值和相位的信息对数据信号进行补偿(2115)，再对获得到的各个径的信号进行最大比合并(2117)，硬判决模块(2130)对最大比合并后的数据进行硬判决；

对硬判决后的数据首先根据PN码生成器(2114)生成的PN码对信号进行加扩加扰(2121)获得扩频加扰数据；

再使用信道估计输出的相位幅值信息进行信道恢复(2122)，再进行上采样滤波(2123)，产生与通过A/D变换的原始数据相同数据率的信号，再加入多径跟踪模块的多径信息(2111)，并进行多径信息的相加，生成单用户的原始恢复信号。

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