TW536876B - A signal processing method of UE in CDMA mobile communication system - Google Patents

Description

536876 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1) 【技術領域】 本發明係關於碼分多址（CDMA)蜂窩行動通訊技術領 域’特別是關於一種碼分多址（CDMA)擴頻蜂嵩行動通 訊系統中終端設備端的訊號檢測、處理方法，是一種結合 時域分集與聯合檢測的方法。 【發明背景】 在CDMA擴頻蜂窩行動通訊系統特別是在時分雙工（ TDD)碼分多址行動通訊系統中，爲克服多徑及多址的影 響，從原理上說，基站端及終端設備端均可採用時域分集 的方法提高系統性能，及採用聯合檢測演算法作爲基本的 訊號檢測方法來消除多址干擾（MAI)及碼間干擾（ISI) 的影響。從具體操作上說，在基站（BTS)端，可採用智 慧天線技術，利用多根天線同時接收，獲得空間分集效益 ’及使用相應波束合成演算法來提高接收靈敏度（或可視 爲同時降低了干擾及對於白雜訊起到抑制作用）；但在終 端設備（UE)端，爲降低成本及減小體積，通常只能採用 單根天線進行接收，由於不便採用多根天線同時接收的技 術’即通過空間分集對同頻干擾及熱雜訊進行消除，從而 導致上、下行的接收效益無法配合。 特別是在採用聯合檢測演算法的CDMA擴頻蜂窩行動 通訊系統中，由於聯合檢測演算法可估計出本小區所有用 戶的多徑及多址干擾，所以在基站端，本小區用戶的多徑 及多址干擾可最大限度的被抑制；而在終端設備（UE)端 ’雖然也可採用聯合檢測演算法最大限度地抑制來自本小 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 83. 3. 10,000 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 536876 A7 B7 五、發明説明（2) 區的多徑及多址干擾，但對於處於小區邊緣的用戶，聯合 檢測演算法將無法估計來自鄰近同頻小區的用戶訊號並將 其消除掉，這些訊號相當於雜訊加於系統中，使得系統性 能顯著下降，且接收機的雜訊係數也限制接收靈敏度，此 時若不採用合適的訊號處理方法，接收訊號的誤碼率將顯 著提高，甚至導致通訊中斷。 雖然可採用功率控制及智慧天線的演算法，以最大程度 地抑制來自相鄰小區的干擾，但若不採取適當的方法來提 高終端設備（UE)的接收效益，通訊質量仍會嚴重下降甚 至導致通訊中斷。爲達到CDMA擴頻蜂窩行動通訊系統同 頻複用的目標，僅能減少被同時啓動的工作碼道來保證終 端設備（UE)在小區交界處的通訊，這樣將導致系統實際 容量減小。 爲解決上述問題，有必要提出一種適合於終端設備（UE )端的基帶處理方法。 【發明槪要】 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本發明之主要目的係提供一種碼分多址行動通訊系統 中終端設備端的訊號處理方法，其可提高終端設備（接收 機）的分集效益，當應用於行動終端中時，可解決上、下 行性能無法配合的問題，且不必大幅度提高計算量就可達 到同頻複用的目的，將同樣的方法應用於基站中也可提高 接收效益。 本發明之碼分多址行動通訊系統中終端設備端的訊號 處理方法，其特徵在於：是一種結合時域分集與聯合檢測 .5 -

< I »nd« ίΊ I'iilcni Η 1140 doc ^ 〇}i)H4 l*M 83. 3. !0,〇〇〇 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 536876 A7 B7 ___ 五、發明説明（3 ) 的方法。 上述時域分集與聯合檢測相結合的方法，包含下列步驟 A·對接收訊號在時域上進行多倍速Μ次採樣，得到Μ 個採樣資料ei ; Β·對每次採樣獲得的每個採樣資料ei進行空間通道沖 激回應估計値，獲得Μ個空間通道沖激回應估計値hi ; C·由獲得的每個空間通道沖激回應估計値hi得到Μ個 矩陣Ai ; D. 由Μ個矩陣Ai組合成一個系統矩陣A ; E. 依據系統矩陣A完成聯合檢測演算法，獲得對原始發 送資料的估計値dest，i=l……Μ。 上述獲得空間通道沖激回應估計値hi，是先利用公式 emid= 再由公式完成的，式中的 /· emid是終端設備用戶接收到的訓練序列中間碼，G是由終 端設備用戶訓練序列中間碼生成的係數矩陣，mi是第i終 端設備用戶發送的訓練序列中間碼，nm表示訓練序列中間 碼部分受到的雜訊干擾。 上述獲得對原始發送資料的估計値dest是依據採樣資 料e及系統矩陣A來估計的，包含採用公式dest = (diag(A*TA))]A*Te 或者公式 dest^^AdApAde。 上述由Μ個矩陣Ai組合成一個系統矩陣A是採用下列 公式進ί了的，包含：Asum = ( …〇T及esum = (…)丁，並利用公式dest^" ( Σ丨.）/麵’或在 /=1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 83. 3. 10,000 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) —訂— 線- 536876 A7 B7 五、發明説明（4) Μ較大時採用公式乜=對原始發送資 /=1 料估計値。 本發明結合時域分集與聯合檢測的方法是採用優化演 算法，利用時域上獲得的分集效益，來提高終端設備接收 訊號的信噪比(訊號/雜訊）。 本發明的終端設備（UE)端的訊號處理方法是一種結合 時域分集與聯合檢測的方法，在並未大幅度提升計算複雜 度的情況下，可使CDMA擴頻蜂窩行動通訊系統中的終端 設備（UE)端獲得分集效益，提高接收機靈敏度及增加系 統容量，解決行動終端上下行性能無法配合問題，而且由 於引進時域分集，可使用相對簡單的聯合檢測演算法，在 總計算量不增的情況下，比單純使用聯合檢測演算法有更 強的抗干擾性能，本發明的方法也可應用於基站端以提高 接收效益。 【圖示說明】 第1圖揭示聯合檢測演算法原理流程框示意圖。 第2圖揭示時分雙工碼分多址（CDMATDD)行動通訊 系統中的突發資料結構示意圖。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 第3圖揭示本發明時域分集與聯合檢測相結合的方法 流程框示意圖。 【發明說明】 下述結合實施例及附圖進一步說明本發明的技術。

實施例以時分一同步碼分多址（TD-SCDMA)系統爲例 說明本發明的技術。該系統由中國無線通訊標準組（CWTS 83. 3.10,000 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 536876 A7 B7 五、發明説明（5) )提出並已成爲國際上IMT-2000無線傳輸技術（RTT)之 -- 〇 請參照第1圖所示，TD-SCDMA系統中聯合檢測演算法 的達成步驟。若假設發送的原始資料爲d，將擴譜、加擾 及空中通道的作用以一個系統矩陣A表示，同頻鄰近小區 間干擾及熱雜訊用η表示，那麼終端設備（接收機）接收 到的資料e可用下式表示： e = Ad+n ( 1) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 第1圖中的步驟1表示從接收的採樣資料ei中求取空中 通道的沖激回應估計値M。在TD-SCDMA系統突發（burst )結構中定義了用於通道估計的訓練序列中間碼（ Midamble)，如第2圖中所示，是處在一個時隙寬度中（ 通常爲數百微秒，如圖中所示的675 //s)，訓練序列中間 碼（Midamble，圖中所示其長度爲144晶片）的前後爲資 料符號（Data symbols，圖中所示其長度爲3 52晶片）。 用叫代表用戶i發送的訓練序列中間碼（Midamble)，emid 表示接收到的訓練序列中間碼（Midamble)，nm表示訓 練序列中間碼（Midamble)部分受到的雜訊干擾，則有下 式·· emid^ ®hi+nm ( 2 ) i 式中的®號表示卷積。 在終端設備接收端可用公式（3)求得通道沖激回應估 計値hi : hi =G-1emid (3) 83.3.10,000 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） 536876 Α7 Β7 五、發明説明（6) 公式（3)中的G矩陣是由各用戶訓練序列中間碼（ Midamble)生成的一個係數矩陣。 第1圖中的步驟1及步驟2分別表示的是在終端設備端 求得空中通道沖激回應估計値hi及依據求得的及該終 端設備用戶的擴頻碼以生成公式（1)中系統矩陣Ai的過 程（其生成技術已由本申請人另案申請專利）。 聯合檢測的目的就是依據e及A來估計d，第1圖中的 步驟3表示聯合檢測的具體達成方法，即對發送訊號進行 估計値，達成估計値結果心^可有多種演算法，包含： dest= (diag^TAp-^Te ( 4) 或者 dest = (A*TA)~1A*Te (5) 等等（式中符號τ是矩陣倒置符號，*是求共轭，diag是 ^ 取對角陣符號）。以下以公式（5)表示的具體演算法爲例 來說明時域分集與聯合檢測相結合的方法。 請參照第3圖，本發明中時域分集與聯合檢測相結合的 方法由以下步驟組成： 1) 終端設備在時域上對接收訊號e進行第i次採樣獲得 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 線一 採樣資料q; 又 2) 依據採樣資料ei進行空間通道沖激回應估計値，空 間通道沖激回應估計値hi ; 工 3) 由求得的空間通道沖激回應估計値心得到矩陣a. 1 4) 重復執行步驟1)，2)，3)，共Μ次，即接收訊號經

83. 3. 10,000 536876 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

五、發明説明（7) 過Μ次採樣後得到的採樣資料可用ei (i= 1...M)來表示 ，接收資料中對應訓練序列中間碼（Midamble)的部分可 表示爲emid-I ( i = 1···Μ)。依據公式（3)，接收資料經 Μ次採樣，可獲得Μ個空間通道沖激回應估計値hi (i = 1.··Μ)，依據這Μ個空間通道沖激回應估計値hi可得到 Μ 個矩陣 Ai ( i = 1 ·. · Μ ); 5) 用Μ個為組合成系統矩陣j ; 6) 依據系統矩陣d完成聯合檢測演算法，獲得對原始的 發送資料的估計値，若簡單地只依據公式（4)計算，可得 到Μ個對發送訊號的估計値心;然後對這M 個估計値4進行如下的處理·· ^sum= = y^{Ai：¥T Αΐ)~λ Ai^T ei ( 6) /=1 /=1 依據3_的符號進行判決，恢復出原始發送資料。由公 式（6 )運算過程能達到提高分集效益的作用，但同時運算 量也增大了 Μ倍。爲了達到既能提高分集效益，又儘量不 提高運算量的目的，本發明採用了如下辦法， 令：Asum=(d.〇T (7) ^sum一（ β〗，e2 ··•〜)T ( 8 ) 則kf原始發送資料的估計値可表示如下： dest二（5>*’义）‘】(9) /=1 比較公式（6)及（9)，可看出公式（9)大幅減少了 運算量較大的矩陣求逆計算，因此總體運算量與公式（6 )代表的方法相比較大爲降低。 在抹樣次數Μ較大時，可採用公式（4 )表示的聯合檢 (I inda ΙΜ Γ·(ι：η( Ι>Κ1 140 d〇l -1 u - <"饥2<»/〇3:24 PM (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂 麵· ---線一 本紙張纽顧巾( CNS ) A4祕（21〇x297公董了 83. 3. !0,〇〇〇 536876 A7

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 測方法與時巧分集相結合的方法，即： d^=(diag(p^Ai)rUZe^ (1〇) 公式（10)的運算量比公式（9)的運算量更低，而且 在Μ取値合適時’其運算量將近似於公式（5)的運算量 ，但其性能將超過公式（5)的運算結果。 通過以上分析可看出，採用本發明技術所提出的時域分 集及聯合檢測相結合的方法，可在基本上不增加運算量的 情況下’解決上、下行接收效益無法配合的問題，提高終 端設備（UE)端的接收信噪比，從而達到在不降低通訊質 量的情況下，在碼分多址（CDMA)擴頻蜂窩行動通訊系 統中的相鄰小區達成同頻複用的目的。 雖然，本發明方法的實施例是基於時分一同步碼分多址 (TD-SCDMA)系統的終端設備（UE)設計的，但也可直 接使用于其他在時分雙工（TDD)方式下工作的CDMA系 統，如 IMT-2000 的另一種 CDMA TDD 系統—UTRA TDD ’也可直接使用於CDMA TDD系統的無線基站（BTS)中 。通過適當的修改還完全可用在其他採用聯合檢測演算法 的碼分多址行動通訊系統的用戶終端設備（UE)及無線基 站設備（BTS )中。 雖然本創作已以較佳實施例揭示，然其並非用以限定本 創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作之精神及範圍 內，當可作各種更動與修改，因此本創作之保護範圍當視 後附之申請專利範圍所界定者爲準。 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） 83. 3. 10,000 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 536876 A8 B8 D8 六、申請專利範圍 1、 一種碼分多址行動通訊系統中終端設備端的訊號處理 方法，其特徵在於：是〜種結合時域分集與聯合檢測 的方法。 2、 依申請專利範圍第1項所述的碼分多址行動通訊系統 中終端設備端的訊號處理方法，其特徵在於上述結合 時域分集與聯合檢測的方法，包含以下步驟： A.對接收訊號在時域上進行多倍速M次採樣，得到M 個採樣資料ei ; Β·對每次採樣獲得的每個採樣資料ei進行空間通道沖激 回應估計値，獲得Μ個空間通道沖激回應估計値hi j C. 由獲得的每個空間通道沖激回應估計値hi得到Μ個 矩陣Ai ; D. 由Μ個矩陣Ai組合成一個系統矩陣a ; E. 依據系統矩陣A完成聯合檢測演算法，獲得對原始發 送資料的估計値dest，i = 1......μ。 3、 依申請專利範圍第2項所述的碼分多址行動通訊系統 經濟部智慧財4局员工消費合作社印製 中終端設備端的訊號處理方法，其特徵在於：上述獲 得空間通道沖激回應估計値hi是先利用公式emid = ，再由公式h产G_lemid完成的，式中的 i em1(a是終端設備用戶接收到的訓練序列中間碼，〇是 由終端設備用戶訓練序列中間碼生成的係數矩陣’ mi 是第1終端設備用戶發送的訓練序列中間碼，nm表示 訓練序列中間碼部分受到的雜訊千擾。 536876 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Αδ Β8 C8 D8 ---------------、申請專利範圍 4、 依申請專利範圍第2項所述的碼分多址行動通訊系統 中終端設備端的訊號處理方法’其特徵在於：上述獲 得對原始發送資料的估計値d是依據採樣資料e及系 統矩陣A來估計的。 5、 依申請專利範圍第4項所述的碼分多址行動通訊系統 中終端設備端的訊號處理方法，其特徵在於：上述依 據採樣資料e及系統矩陣A來估計原始發送資料的估 計値d，包含採用公式destldiagMeADdAde或 者公式 dest=(A*TA)-lA*Te。 6、 依申請專利範圍第4項所述的碼分多址行動通訊系統 中終端設備端的訊號處理方法，其特徵在於上述依據 採樣資料e及系統矩陣A來估計原始發送資料的估計 値 d ’ 包含.Asurn = (…〇丁 及 esum 二 …<)Τ，並利用公式 dest 二（|>*^)-10_或 /•=1 在Μ較大時採用公式乜對原始 /=1 發送資料估計値。 7、 依申請專利範圍第2項所述的碼分多址行動通訊系統 中終端設備端的訊號處理方法，其特徵在於上述由Μ 個矩陣Ai組合成一個系統矩陣a是採用如下公式進 行的，包含：Asum=(4，<…砧)Τ及esum = (A，e2 .·· 4)Τ ’ 並利用公式 dest= (H1 疋或 /=1 在Μ較大時採用公式乜對原始 /.=1 發送資料估計値。 iln 1M' PutuiH PJ I U〇 dm 1 〇 • U - OM) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0

   --線！