CN1229937C - 无线通信系统中多用户码道激活检测的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线通信系统中多用户码道激活检测的方法，包括步骤：接收含有所述多用户中的至少两个用户的信号的无线信号；分离所述无线信号中的数据与训练序列；根据所述分离的训练序列，进行信道估计，获得估计的信道响应；根据所述估计的信道响应，获得激活的信道响应窗；获得所述激活的信道响应窗可能对应的分配扩频码；根据所述估计的信道响应和可能对应的分配扩频码，求出所述激活的信道响应窗对应的扩频码激活码道；对所述求出的激活码道进行多用户检测。实现接收机的盲(或半盲)检测。

Description

无线通信系统中多用户码道激活检测的方法和装置

技术领域

本发明领域涉及无线通信技术，具体涉及无线通信系统中终端多用户检测的码道激活检测的方法和装置。

发明背景

对于码分多址方式的移动通信系统，因为同信道中多用户共存和无线环境的复杂性，接收机在接收期望信号的时候，不可避免地会受到衰落、多址干扰(MAI)和码间干扰(ISI)的影响。多用户检测算法有效地利用干扰信息，通过解扩和多用户联合信道均衡来消除或减弱干扰，极大地提高了系统性能。

在进行多用户检测之前，接收机必须事先知道当前时隙接入用户的扩频码和信号经历的信道响应。通常，信道响应可以利用训练序列进行估计得到。而对于扩频码，终端只知道自身用户占用的扩频码信息，不知道接收信号中包含的其它用户的扩频码情况。并且，一方面因为业务量由高到低的变化，部分分配的码道没有发送；另一方面因为发送赋形和无线环境的复杂性，部分分配的码道经历了严重衰减和衰落，这些都将导致终端的用户接入信息发生变化。

目前，采用高层信令的方式将多用户检测需要的扩频码信息告诉每个准备接收的移动台，在实现上具有很大困难，主要体现在三个方面：一是不能反映接入信息的实时变化；二是信令的复杂度太高；三是终端的负担太大。

因此，希望有无线通信系统中终端多用户检测的码道激活检测的方法和装置，将多用户检测需要的扩频码信息告诉每个准备接收的移动台，这些信息反映接入信息的实时变化；也不需要太复杂的信令；终端的负担也不太大。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种无线通信系统中多用户码道激活检测的方法，包括步骤：接收含有所述多用户中的至少两个用户的信号的无线信号；分离所述无线信号中的数据与训练序列；根据所述分离的训练序列，进行信道估计，获得估计的信道响应；根据所述估计的信道响应，获得激活的信道响应窗；获得所述激活的信道响应窗可能对应的分配扩频码；根据所述估计的信道响应和可能对应的分配扩频码，求出所述激活的信道响应窗对应的扩频码激活码道；对所述求出的激活码道进行多用户检测。

可选地，所述获得激活的信道响应窗的步骤包括：获得所述无线信号对应的联合信道响应；将联合信道响应按照窗长分割成各个信道响应窗；判断所述各个信道响应窗的信号功率是否大于预定门限，大于预定门限为激活的信道响应窗。

优选地，所述获得所述激活的信道响应窗可能对应的分配扩频码的步骤包括列出所有大于预定门限的激活的信道响应窗可能对应的所有分配扩频码。

可选地，所述获得所述激活的信道响应窗对应的激活码道的步骤包括：对于每个所述信道响应窗，利用其信道响应和其可能对应的所有分配扩频码进行匹配滤波，根据匹配滤波的结果，判断这些扩频码所在码道是否激活。

优选地，所述信道响应窗的信号功率为信道响应窗的某个抽头功率或抽头功率的加权和；所述预定门限为期望窗功率的倍数或者噪声功率的倍数。

可选地，所述匹配滤波的步骤包括：利用所述信道响应窗的信道响应和所述信道响应窗的分配扩频码进行白化匹配滤波，获得检测的数据功率；所述判断这些扩频码所在码道是否激活的步骤包括判断所述获得检测的数据功率是否大于第二预定门限，其中，大于第二预定门限判断为激活码道。

优选地，所述期望用户对应的第二预定门限满足漏检概率最小，所述干扰用户对应的第二预定门限满足错检概率最小。

可选地，所述第二预定门限为必选码道的功率倍数或者噪声功率的倍数，所述期望用户的必选码道为预定的已知的期望码道，所述干扰用户的必选码道为已知的期望码道，或者为所述干扰用户窗已知的发送码道，或者为所述干扰用户窗最大功率对应的码道。

本发明还提供一种无线通信系统中多用户码道激活检测的装置，包括：接收机，用于接收含有所述多用户中的至少两个用户的信号的无线信号；信号分离装置，用于分离所述无线信号中的数据与训练序列；处理装置，该处理装置包括如下模块：信道估计模块，用于根据所述分离的训练序列，进行信道估计，获得估计的信道响应；信道响应窗的激活模块，用于根据所述估计的信道响应，将信道响应按窗长分解成各个信道响应窗，将各个响应窗的信号功率与预定门限比较，获得激活的信道响应窗；扩频码模块，获得所述激活的信道响应窗可能对应的分配扩频码；和扩频码的激活模块，根据所述估计的信道响应和可能对应的分配扩频码，求出所述激活的信道响应窗对应的扩频码激活码道；多用户检测装置，对所述处理装置求出的激活码道进行多用户检测。

利用本发明，通过列出多用户检测需要的扩频码信息，可将该信息告诉每个准备接收的移动台，这些信息反映接入信息的实时变化；也不需要通过高层太复杂的信令。

本发明的方法和装置克服了现有技术的缺点，本发明提出的码道激活检测方法，可实现终端的盲(或半盲)检测。只需要基站为每个准备接收的移动台提供期望用户的码道分配信息，然后移动台综合运用联合信道响应和所有存在的扩频码，从接收信号中提取激活码道，摒弃了基站没有分配、基站分配但没有发送、基站发送但被波束赋形衰减掉或经历信道后衰落掉的码道，为多用户检测算法提供了更合理的输入，保证了终端多用户检测方案的实现并增强了多用户检测算法的性能。

附图的简要描述

图1描述了本发明的包括码道激活检测的码分多址通信系统终端接收机的原理框图；

图2为本发明的码道激活检测方法的流程图；

图3为本发明的具体实施例中采用特殊指派分配方式(specificmidamble)下，TD-SCDMA系统的终端联合检测方法的流程图。

具体实施例

本发明提供一种码道激活检测方法和装置，根据联合信道响应和匹配滤波结果来进行信道响应窗及其对应码道的激活状态判断，然后根据得到的激活码道来进行多用户检测。该方案实现简单，适用于任何以信道响应和扩频码为特征参量的码分多址系统，并且支持系统变速率的情况和具有抗赋形衰减以及多径衰落的能力，保证了终端多用户检测方案的实现和技术性能。

码道激活检测方案在码分多址通信系统终端接收机的位置见图1所示。接收信号首先经过数据序列与训练序列的分离，训练序列用来进行信道估计，得到信道响应。码道激活检测方案便以数据序列和信道响应作为输入，输出激活码道，为多用户检测算法提供有效的输入。

码道激活检测方案的具体实施过程见图2所示，它分为三大步骤：

在步骤1，求出激活的信道响应窗。对各个用户的信道响应窗进行判断，决定各个信道响应窗是否处于激活状态。如果信道响应窗判断为激活，则表示占用该响应窗的用户在基站有数据发送，需要参加多用户检测；否则，则表示占用该响应窗的用户或者没有数据发送，或者有数据发送但被赋形衰减或者信道衰落掉了，导致该用户在接收端的信号分量很弱，不需要参加多用户检测。

在步骤2，列出各个激活的信道响应窗可能对应的所有分配扩频码。因为期望用户的分配码道是已知的，所以，这个步骤的关键在于列出各个干扰用户可能对应的所有分配扩频码。

在步骤3，求出各个激活窗对应的激活码道。对于各个激活窗，利用该窗的信道响应和其可能对应的所有分配扩频码进行匹配滤波，然后根据检测数据来判断这些扩频码所在码道的激活状态。如果某个分配码道判断为激活，则表示该码道在基站被发送并且没有被衰减或衰落掉，是激活码道，需要参加多用户检测；否则，则表示该码道在基站没有被分配，或者分配后但没有被发送，不是激活码道，不需要参加多用户检测。

在本发明的一个实施例中，采用TD-SCDMA(时分同步码分多址)系统，下文将具体描述在终端中实现“码道激活检测方法”，以便于本领域一般技术人员理解和实施本发明。

对于TD-SCDMA系统，现有标准规定，下行链路的训练序列发送有三种方式：特殊指派分配方式(specific midamble)、缺省分配方式(defaultmidamble)和共用分配方式(common midamble)。对于这三种不同的分配方式，都可以利用本发明的码道激活检测方法确定出激活码道，然后进行联合检测。对于这三种方式，其实现方法是相似的，因此，下面，以specificmidamble分配方式为例，详细描述码道激活检测方案的实施过程。

图3为本发明的具体实施例中采用specific midamble分配方式下，TD-SCDMA系统的终端联合检测方法的流程图。在这个方法中，实现了采用码道激活检测的方法来求得各个训练系列位移(midamble shift)对应的扩频码。在specific midamble分配方式下，各个midamble shift对应的扩频码由包括软件的系统高层组件指定。对于下行链路，终端不知道这些指定信息，本发明中采用码道激活检测来求得各个midamble shift对应的扩频码。

步骤30，对联合信道响应按照窗长来进行分割，得到各个midambleshift对应的信道响应窗。

$\underset{\‾}{h}=\left(\begin{array}{ccc}{\underset{\‾}{h}}^{\left(1\right)}& {\underset{\‾}{h}}^{\left(2\right)}\mathrm{\Λ}{\underset{\‾}{h}}^{\left(k_m\right)}\mathrm{\Λ}{\underset{\‾}{h}}^{\left(K_m\right)}& {\underset{\‾}{h}}^{(k_m+1)}\end{array}\right)---\left(1\right)$

${\underset{\‾}{h}}^{\left(k_m\right)}=\left(\begin{array}{cc}{\underset{\‾}{h}}_1^{\left(k_m\right)}& {\underset{\‾}{h}}_2^{\left(k_m\right)}\mathrm{\Λ}{\underset{\‾}{h}}_w^{\left(k_m\right)}\mathrm{\Λ}{\underset{\‾}{h}}_W^{\left(k_m\right)}\end{array}\right),k_m=1\mathrm{\Λ}{K}_m---\left(2\right)$

式(1)中的 h表示联合信道响应， ${\underset{\‾}{h}}^{\left(k_m\right)},k_m=1{\mathrm{\ΛK}}_m$ 表示第k_m个midambleshift对应的信道响应窗，K_m表示midamble shift总数。式(2)中的W表示窗长，它和K_m之间满足如下关系： $W=[128/K_m].$ 在K_mW＝128的情况下，

为空矩阵，即式(1)简化为： $\underset{\‾}{h}=\left(\begin{array}{cc}{\underset{\‾}{h}}^{\left(1\right)}& {\underset{\‾}{h}}^{\left(2\right)}\mathrm{\Λ}{\underset{\‾}{h}}^{\left(k_m\right)}\mathrm{\Λ}{\underset{\‾}{h}}^{\left(k_m\right)}\end{array}\right).$

在步骤31、32、33(1)、33(2)，计算各个信道响应窗的功率，并分别将这些功率与基准值1进行比较。如果某功率大于基准值1，则认为该信道响应窗处于激活状态；如果某功率小于等于基准值1，则认为该信道响应窗不激活。

$P_1^{\left(k_m\right)}={\left|\right|{\underset{\‾}{h}}^{\left(k_m\right)}\left|\right|}^2,k_m=1\mathrm{\Λ}{K}_m---\left(3\right)$

$f_1\left(k_m\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& P_1^{\left(k_m\right)}>T_1\\ 0,& P_1^{\left(k_m\right)}\≤T_1\end{array}\right.k_m=1\mathrm{\Λ}{K}_m---\left(4\right)$

式(3)中的 表示第k_m个信道响应窗的功率。式(4)中的T₁表示基准值1，f₁(·)表示激活状态函数。如果f₁(k_m)＝1，则表示第k_m个信道响应窗为激活窗；如果f₁(k_m)＝0，则表示第k_m个信道响应窗为非激活窗。

在步骤34，列出各个激活窗对应的扩频码。对于期望用户，其对应的信道响应窗总是激活的，并且该激活窗对应的扩频码是已知的。对于期望用户之外的其它激活窗，也称为干扰用户激活窗，其对应的扩频码通过“穷举”方法得到。对于下行链路，扩频系数为16，因此，各个干扰激活窗对应的扩频码是除了期望用户扩频码以外的所有扩频系数为16的扩频码。例如，假设期望用户占用第1个扩频码，那么，其它激活窗均对应第2～16个扩频码。

步骤35，将各个激活窗和其对应的扩频码进行白化匹配滤波运算。

${\underset{\‾}{\overset{^}{d}}}_n^{(k_m,k)}={({\underset{\‾}{c}}^{\left(k\right)}*{\underset{\‾}{h}}^{k_m})}^{*}{\left({\underset{\‾}{e}}_{16(n-1)+1}\mathrm{\Λ}{\underset{\‾}{e}}_{16n+W-1}\right)}^T,n=1\mathrm{\Λ}22,f_1\left(k_m\right)=1---\left(5\right)$

${\underset{\‾}{c}}^{\left(k\right)}=\left(\begin{array}{cccc}{\underset{\‾}{c}}_1^{\left(k\right)}& \begin{array}{}\end{array}{\underset{\‾}{c}}_2^{\left(k\right)}& \mathrm{\Λ}& \begin{array}{}\end{array}{\underset{\‾}{c}}_{16}^{\left(k\right)}\end{array}\right)---\left(6\right)$

式(5)中的k_m代表激活窗的标号，k代表激活窗对应的扩频码的标号，c^(k)表示第k个扩频码，其表达形式见式(6)。

在步骤36、37、38(1)、38(2)，计算各个匹配数据的功率，并分别将这些功率与基准值2进行比较。如果某功率小于等于基准值2，则认为该功率对应的码道没有激活；如果某功率大于基准值2，则认为该功率对应的码道被激活了。如果有多个激活码道采用了相同的扩频码，则只选择匹配数据功率最大的那个激活码道。

${P_2}^{(k_m,k)}=\underset{n=1}{\overset{22}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\underset{\‾}{\overset{^}{d}}}_n^{(k_m,k)}\right|}^2,f_1\left(k_m\right)=1---\left(7\right)$

$f_2(k_m,k)=\left\{\begin{array}{cc}1,& {P_2}^{(k_m,k)}>T_2\\ 0,& P^{(k_m,k)}\≤T_2\end{array}\right.,f_1\left(k_m\right)=1---\left(8\right)$

$\left.\begin{array}{c}{f}_2(i,k)=1\\ M\\ f_2(j,k)=1\end{array}\right\}\⇒\max \left(\left({P_2}^{(i,k)}\mathrm{\Λ}{P_2}^{(j,k)}\right)\right)\→k,k_m---\left(9\right)$

式(7)中的 表示第k_m个激活窗对应的第k个码道的匹配数据功率。式(8)中的T₂表示基准值2，f₂(·)表示激活状态函数。如果f₂(k_m，k)＝0，表示第k_m个激活窗对应的第k个码道不激活；如果f₂(k_m，k)＝1，则表示第k_m个激活窗对应的第k个码道是激活码道。如果同一个扩频码对应多个激活码道，则只选取具有最大匹配功率的那个码道。

在步骤39，根据各激活窗对应的激活码道数来调整激活窗的功率。假设第k_m个激活窗对应的激活码道数用 表示，那么，第k_m个激活窗的信道响应表示为：

${\underset{\‾}{h}}^{\left(k_m\right)}=\left(\begin{array}{cc}{\underset{\‾}{h}}_1^{\left(k_m\right)}& {\underset{\‾}{h}}_2^{\left(k_m\right)}\end{array}\mathrm{\Λ}{\underset{\‾}{h}}_w^{\left(k_m\right)}\mathrm{\Λ}{\underset{\‾}{h}}_W^{\left(k_m\right)}\right)/\sqrt{K^{\left(k_m\right)}},f_1\left(k_m\right)=1---\left(10\right)$

在步骤310，利用步骤30～39得到的激活码道来进行联合检测。

在实际的实现过程中，还可以对步骤34～310进行如下的变换处理，用来简化扩频码“穷举”过程。例如：对各个干扰激活窗从左至右进行编号，第1个干扰激活窗分别与除期望用户的扩频码以外的所有SF＝16的扩频码结合，进行匹配滤波，再对匹配数据功率进行判断，得到该窗对应的激活码道；第2个干扰激活窗分别与除期望用户的扩频码和所述第1个干扰激活窗的激活扩频码以外的所有SF＝16的扩频码结合，进行匹配滤波，再对匹配数据功率进行判断，得到该窗对应的激活码道；依此类推，直到求得所有干扰激活窗的激活码道为止。

在本发明中，公开了一种保证终端多用户检测技术实现的码道激活检测方案。该方案以接收端的数据序列和信道估计结果作为输入，首先根据信道响应得到各个信道响应窗的激活状态，然后列出各个激活窗可能对应的所有分配扩频码，最后利用信道响应和扩频码进行匹配滤波，根据检测数据得到各个激活窗的激活码道。在仅仅给定期望用户的分配信息情况下，该码道激活检测方案输出多用户检测需要的激活码道，摒弃了基站未分配、基站分配但未发送和基站发送但赋形衰减或无线信道衰落掉的码道，保证了终端多用户检测方案的实现和技术性能。

本发明的码道激活检测方案适用于任何以扩频码和信道响应作为特征参量的码分多址系统，可以保证终端或者基站的盲(或半盲)多用户检测技术的实现。

本发明的码道激活检测方案包括三个基本步骤：1)信道响应窗的激活判断；2)列举激活信道响应窗的分配扩频码；3)激活窗的分配扩频码的激活判断。

本发明的对信道响应窗的激活判断表现为将各个干扰用户窗功率与基准值1进行比较，若某窗功率大于基准值1，则认为该窗处于激活状态，需要参加多用户检测；否则，该窗不激活，不参加多用户检测。其中，窗功率既可以是窗的某个抽头功率(例如峰值功率)，也可以是窗抽头功率的加权和(例如平均功率)。基准值1可以是1级或者多级基准值(例如基准值11，基准值12)，并且可以表示为期望窗功率的倍数或者噪声功率的倍数。

本发明的激活窗的分配扩频码的激活判断表现为：利用分配扩频码和激活窗进行白化匹配滤波，并计算检测数据功率，再分别将这些功率与基准值2进行比较，若某码道功率大于基准值2，则认为该码道处于激活状态，需要参加多用户检测；否则，该码道不激活，不参加多用户检测。在处理过程中，先对期望用户进行判断，再对干扰用户进行判断，并且期望用户和干扰用户采用不同的基准值2。对于期望用户，希望得到尽量小的漏检概率(基站发送但检测为不激活)；对于干扰用户，希望得到尽量小的错检概率(基站未发送但检测为激活)。其中，基准值2可以是1级或者多级基准值(例如基准值21，基准值22)，并且可以表示为必选码道的功率倍数或者噪声功率的倍数。对于期望用户，必选码道为已知的期望码道；对于干扰用户，必选码道或者为已知的期望码道，或者为该窗已知的发送码道，或者为该窗最大功率对应的码道。

本发明的列举激活信道响应窗的分配扩频码，既可以是和窗有对应关系的固定扩频码，也可以是根据“穷举”方法得到的扩频码系列。并且，对于“穷举”过程，既可以采用并行方法，即各窗对应相同的分配扩频码；也可以采用串行方法，即后面的窗对应着排除前面的窗已得激活码道以外的扩频码。

为了举例说明发明的实现，描述了跟具体实施例。应该明白，发明及其各方面的其它变化和修改对本领域技术人员是显然的，发明并不限于所描述的具体实施例。因此，应考虑包括落入本发明所公开的实施例的真正实质和基本原则范围内的任何/所有修改、变化或等效变换，因此，本发明的权利要求包括所有这些变化。

Claims (10)

1、一种无线通信系统中多用户码道激活检测的方法，包括步骤：

接收含有所述多用户中的至少两个用户的信号的无线信号；

分离所述无线信号中的数据与训练序列；

根据所述分离的训练序列，进行信道估计，获得估计的信道响应；

将所述估计的信道响应按照窗长分割成各个信道响应窗，判断所述各个信道响应窗的信号功率是否大于预定门限，大于预定门限为激活的信道响应窗；

获得所述激活的信道响应窗可能对应的分配扩频码；

根据所述估计的信道响应和可能对应的分配扩频码，求出所述激活的信道响应窗对应的扩频码激活码道；

对所述求出的激活码道进行多用户检测。

2、如权利要求1所述的方法，其中，所述获得所述激活的信道响应窗可能对应的分配扩频码的步骤包括列出所有大于预定门限的激活的信道响应窗可能对应的所有分配扩频码。

3、如权利要求2所述的方法，其中，所述获得所述激活的信道响应窗对应的激活码道的步骤包括：对于每个所述信道响应窗，利用其信道响应和其可能对应的所有分配扩频码进行匹配滤波，根据匹配滤波的结果，判断这些扩频码所在码道是否激活。

4、如权利要求2或3所述的方法，其中，所述信道响应窗的信号功率为所述信道响应窗的某个抽头功率或抽头功率的加权和；所述预定门限为期望窗功率的倍数或者噪声功率的倍数。

5、如权利要求3所述的方法，其中，所述匹配滤波的步骤包括：利用所述信道响应窗的信道响应和所述信道响应窗的分配扩频码进行白化匹配滤波，获得检测的数据功率；所述判断这些扩频码所在码道是否激活的步骤包括判断所述获得检测的数据功率是否大于第二预定门限，其中，大于第二预定门限判断为激活码道。

6、如权利要求3或5所述的方法，其特征在于，首先先对期望用户进行判断，再对干扰用户进行判断；其中，所述期望用户与所述干扰用户对应不同的第二预定门限。

7、如权利要求6所述的方法，其中，所述期望用户对应的第二预定门限满足漏检概率最小，所述干扰用户对应的第二预定门限满足错检概率最小。

8、如权利要求6所述的方法，其中，所述第二预定门限为必选码道的功率倍数或者噪声功率的倍数，所述期望用户的必选码道为预定的已知的期望码道，所述干扰用户的必选码道为已知的期望码道，或者为所述干扰用户窗已知的发送码道，或者为所述干扰用户窗最大功率对应的码道。

9、如权利要求1所述的方法，还包括步骤，根据各激活窗的激活码道数调整激活窗的信道响应。

10、一种无线通信系统中多用户码道激活检测的装置，包括：

接收机，用于接收含有所述多用户中的至少两个用户的信号的无线信号；

信号分离装置，用于分离所述无线信号中的数据与训练序列；

处理装置，该处理装置包括如下模块：

信道估计模块，用于根据所述分离的训练序列，进行信道估计，获得估计的信道响应；

信道响应窗的激活判断模块，用于根据所述信道估计模块获得的信道响应，将信道响应按窗长分解成各个信道响应窗，将各个响应窗的信号功率与预定门限比较，获得激活的信道响应窗；

扩频码模块，获得所述激活的信道响应窗可能对应的分配扩频码；

和扩频码的激活模块，根据信道估计模块估计的信道响应和扩频码模块分配的对应的分配扩频码，求出所述激活的信道响应窗对应的扩频码激活码道；

多用户检测装置，对所述处理装置求出的激活码道进行多用户检测。

Images