CN100589340C - 空码发射分集信道接收解调方法 - Google Patents

Abstract

一种空码发射分集信道接收解调方法，首先，对数据和训练序列分离后，进行信道估计，得到分集天线的信道冲激响应(在两根天线的情况下，是指第一根、第二根天线传输信号的冲激响应，即衰落特性)；然后，将天线的信道冲激响应分别与各自的扩频码进行卷积，构建传输矩阵；最后，对接收数据解调，联合解出基站的发射数据。采用本发明所述的空码发射分集的接收数据解调方法，UE端仍能使用简单的算法完成解调数据，易于软硬件实现，在采用发射分集技术减小多径衰落的影响带来增益的同时还降低符号间的干扰和多址干扰，并能提高链路性能。

Description

空码发射分集信道接收解调方法

技术领域：

本发明涉及移动通信系统中的空码发射分集信道接收解调，尤其涉及一种用于码分多址(CDMA)系统发射分集技术中信标信道信号接收解调。

背景技术：

在无线移动通信中广泛使用了分集技术来减小多径衰落的影响，分集技术可以分为时间分集、频率分集和空间分集三类。与时间分集和频率分集相比，空间分集技术在不增加发射功率或牺牲通信带宽的情况下提高传输的可靠性，很有吸引力，成为当前的研究热点。

空间分集是利用空间分隔的天线以获得相互独立的衰落信号的发射和接收，改善系统信噪比，提高数据速率，增加无线系统容量和覆盖率，如果在发射端采用多根天线则称为发射分集，如果在接收端采用多根天线则成为接收分集。在目前的蜂窝移动通信系统中，上行链路方向基站在接收端使用多根接收天线对接收信号进行合并或者选择，实现在抑制信道间干扰的同时减小了信道衰落的影响，这样做能够提高上行链路的质量和变化范围。但对下行链路而言，在较小的便携移动台上受尺寸限制不便于安装两根以上的天线，因此移动台很难使用接收分集。一种切实可行的方法就是采用发射分集。同接收分集相比，同阶数的发射分集不仅具有相似的分集增益，而且对于基站还能实现同一信号使多个移动台获得发射增益的优点。这样，在改善系统性能的同时还可以降低移动台成本和保持相对简单。

当UTRAN(通用移动通信系统陆地无线接入网)侧采用空码发射分集(SpaceCode Transmit Diversity，SCTD)的方式时，UE解调接收数据。SCTD的应用是由高层指定的，如果一个小区内SCTD是激活的，则SCTD应用于任何信标信道。

如图1和图2所示，在发射分集编码方法中，分集天线的发射数据是一样的，每个符号经过不同的扩频码扩频，再通过两根天线发送出去。

SCTD发射方式：信标信道的发射分集在采用空码发射分集模式下，数据序列经c₁₆ ^(k＝1)和c₁₆ ^(k＝2)扩频并加扰。经c₁₆ ^{k＝1}扩频后的序列就在天线1上发射，经c₁₆ ^{k＝2}扩频后的序列就在天线2上发射，每根天线上的发射功率相等。2根天线选用同一个基本Midamle码(训练序列)的不同midamble shift，天线1选用Midamle 1，天线2选用Midamle 2。c₁₆ ^(k＝1)下标表示扩频因子是16的第k个扩频码，上标k＝1。

SCTD下行发射分集，信道编码、速率匹配、交织和比特-符号映射与非发射分集模式下一致。对于空码发射分集，每个符号经过不同的扩频码扩频，通过两根天线发送出去。在发射分集模式下，配置扩频码为c₁₆ ^(k＝1)的信标信道由c₁₆ ^(k＝1)和c₁₆ ^(k＝3)扩频，并经加扰；而配置扩频码为c₁₆ ^(k＝2)的信标信道由c₁₆ ^(k＝2)和c₁₆ ^(k＝4)扩频，并经加扰。然后经c₁₆ ^(k＝3)和c₁₆ ^(k＝4)扩频后的序列经过分集天线发射出去。每根天线的发射功率是相等的。

在目前的现有技术中，尚未见到对空码发射分集的接收解调方法。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是，提出一种CDMA系统中空码发射分集(SpaceCode Transmit Diversity，SCTD)的接收数据解调方法，该方法能使在信标信道采用发射分集技术的情况下，UE端仍能使用简单的算法完成解调数据，易于软硬件实现，同时降低符号间的干扰和多址干扰，并能提高链路性能。

本发明的技术方案为：首先，对数据和训练序列分离后，进行信道估计，得到分集天线的信道冲激响应(在两根天线的情况下，是指第一根、第二根天线传输信号的冲激响应，即衰落特性)；然后，将天线的信道冲激响应分别与各自的扩频码进行卷积，构建传输矩阵；最后，对接收数据解调，联合解出基站的发射数据。

具体地，可以描述为：

1)将接收到的训练序列表示为

e＝Gh+n

其中，G矩阵是由一个基本Midamble码构成的循环右移矩阵，h是用户的信道冲激响应，n是高斯白噪声；

2)完成信道冲激响应h的最大似然估计

$\hat{h}=G^{-1}e;$

3)以W为长度按照顺序截取

信道估计值，分别得到分集天线的信道冲激响应

和

4)先用分集天线各自的扩频扰码和信道冲激响应

和

生成块对角矩阵A，构成A的块V是由扩频扰码复合序列和信道冲激响应卷积而成的向量组成：第一列是使用第1个扩频码的扩频扰码复合序列和第一根天线上第一个Midamble码偏移对应的冲激响应的卷积向量，第二列是使用第3个扩频码的扩频扰码复合序列和第二根天线上第一个Midamble码偏移对应的冲激响应的卷积向量，第三列是使用第2个扩频码的扩频扰码复合序列和第一根天线上第二个Midamble码偏移对应的冲激响应的卷积向量，第四列是使用第4个扩频码的扩频扰码复合序列和第二根天线上第二个Midamble码偏移对应的冲激响应的卷积向量；所述扩频扰码复合序列是指，一个扰码周期中，扩频码和扰码点乘构成的序列；

5)然后，将接收发射分集用户的传输矩阵分集合并，即将V中相同Midamble码偏移所对应不同天线上的冲激响应所在列对应元素相加，生成

由

再构成新的分集传输矩阵

6)对接收数据解调，通过下式联合解出基站的发射数据：

$\hat{d}={({\tilde{A}}^H\·\tilde{A})}^{-1}{\tilde{A}}^{H}e$

或者 $\hat{d}={({\tilde{A}}^H{R_n}^{-1}\tilde{A}+{R_d}^{-1})}^{-1}{\tilde{A}}^H{R_n}^{-1}e$

其中，R_n是噪声空间相关矩阵，R_d是发送数据相关矩阵，H表示对矩阵求共轭转置。

采用本发明所述的空码发射分集的接收数据解调方法，UE端仍能使用简单的算法完成解调数据，易于软硬件实现，在采用发射分集技术减小多径衰落的影响带来增益的同时还降低符号间的干扰和多址干扰，并能提高链路性能。

附图说明：

图1是SCTD发射分集结构图；

图2是LCR TDD(低码片速率时分双工)系统P-CCPCH(主公共控制物理信道)的SCTD发射分集结构图；

图3是本发明的流程图。

具体实施方式：

图3是本发明的流程图，其主要内容已在发明内容部分介绍。结合发射分集的特点，下面对接收解调的过程进行详细的介绍。

首先，对数据和训练序列分离后，进行信道估计。

接收到的训练序列可表示为

e＝Gh+n

其中，G矩阵是由一个基本Midamble码构成的循环右移矩阵，h是用户的信道冲激响应，n是高斯白噪声。

用下式完成信道冲激响应h的最大似然估计

即

$\hat{h}{\left(G^{*T}G\right)}^{-1}{G}^{*T}e$

由于G矩阵是循环右移矩阵，有

$\hat{h}=G^{-1}e$

因此，利用矩阵的循环移位特性，上述信道估计可以采用FFT/IFFT快速方法实现，从而显著的提高了运算速度。

如下式：

$\hat{h}=\mathrm{ifft}(\mathrm{fft}\left(e\right)/\mathrm{fft}\left(m\right))$

对于分集天线，天线1和天线2的信道估计分别为 $\hat{h}=G^{-1}e$ 是信道冲激响应的估计值，利用FFT/IFFT快速方法实现，这样，分别得到两根天线的信道冲激响应。

用噪声门限对

进行信道后处理，再以W为窗长，按照顺序截取W长度的信道估计值，得到分集天线的信道冲激响应

和

然后，将其分别与各自的扩频码进行卷积，纳入联合检测的矩阵：

用户数据通过扩频加扰后，通过空中信道到达接收机，接收信号e可以表示为：

e＝Ad+n

d是基站发射的所有符号组成的列向量，分集天线各自的扩频扰码和后处理的信道冲激响应

生成系统传输矩阵A。

A是块对角阵，构成A的块V是由扩频扰码复合序列和信道冲激响应卷积而成的向量组成，根据图2的发射方式可知，第一列v₁是使用第1个扩频码的扩频扰码复合序列和第一根天线上第一个Midamble码偏移对应的冲激响应的卷积向量，第二列v₂是使用第3个扩频码的扩频扰码复合序列和第二根天线上第一个Midamble码偏移对应的冲激响应的卷积向量，第三列v₃是使用第2个扩频码的扩频扰码复合序列和第一根天线上第二个Midamble码偏移对应的冲激响应的卷积向量，第四列v₄是使用第4个扩频码的扩频扰码复合序列和第二根天线上第二个Midamble码偏移对应的冲激响应的卷积向量。类似的可表示为矩阵形式

$v_1=c{s}_{16}^{(k=1)}\⊗h_{\mathrm{ka}\mathrm{1,1}},$ $v_2=c{s}_{16}^{(k=3)}\⊗h_{\mathrm{ka}2,1},$

$v_3=c{s}_{16}^{(k=2)}\⊗h_{\mathrm{ka}1,2},$ $v_4=c{s}_{16}^{(k=4)}\⊗h_{\mathrm{ka}\mathrm{2,2}}$

cs₁₆ ^(k＝1)是P-PCCPCH1使用的第1个扩频码的扩频扰码复合序列组成的向量，cs₁₆ ^(k＝2)是P-PCCPCH2使用第1个扩频码的扩频扰码复合序列组成的向量，cs₁₆ ^(k＝3)是P-PCCPCH1使用第2个扩频码的扩频扰码复合序列组成的向量，cs₁₆ ^(k＝4)是P-PCCPCH2使用第2个扩频码的扩频扰码复合序列组成的向量。扩频扰码复合序列就是，一个扰码周期中，扩频码和扰码点乘构成的序列。

接收发射分集用户的传输矩阵分集合并，矩阵中相同Midamble码偏移对应的冲激响应的列进行相加，再构成新的分集传输矩阵也是块对角阵。

最后，进行联合检测，可联合解出多路信号。

用矩阵

对用户数据解调，可以使用白化匹配滤波器算法(WMF)，迫零线性块均衡器算法(ZF)，最小均方差算法(MMSE)等多种联合检测算法。这里以最小均方差算法为例进行数据估计，有

$\hat{d}={({\tilde{A}}^H{R_n}^{-1}\tilde{A}+{R_d}^{-1})}^{-1}{\tilde{A}}^H{R_n}^{-1}e$

从而得到各个用户的解调数据。上式中，R_n是噪声空间相关矩阵，R_d是发送数据相关矩阵，H表示对矩阵求共轭转置。

本发明适用于所有应用于所有CDMA系统，特别是TDD-CDMA系统和所SCDMA系统。任何具有信号处理，通信等知识背景的工程师，都可以根据本发明设计相应的发射分集接收联合检测装置，其均应包含在本发明的思想和范围内。

Claims (2)

1、一种空码发射分集信道接收解调方法，首先，对数据和训练序列分离后，进行信道估计，得到分集天线的信道冲激响应；然后，将各天线的信道冲激响应分别与各自的扩频码进行卷积，构建传输矩阵；最后，对接收数据解调，联合解出基站的发射数据，

所述得到分集天线的信道冲激响应，是指得到第一根和第二根传输信号的衰落特性，

所述得到分集天线的信道冲激响应的具体方法为：

1)将接收到的训练序列表示为

e＝Gh+n

其中，G矩阵是由一个基本Midamble码构成的循环右移矩阵，h是用户的信道冲激响应，n是高斯白噪声；

2)完成信道冲激响应h的最大似然估计

$\hat{h}=G^{-1}e;$

3)以W为长度按照顺序截取

信道估计值，分别得到分集天线的信道冲激响应

和

所述构建传输矩阵的方法是：

先用分集天线各自的扩频扰码和信道冲激响应

和

生成块对角矩阵A，构成A的块V是由扩频扰码复合序列和信道冲激响应卷积而成的向量组成：第一列是使用第1个扩频码的扩频扰码复合序列和第一根天线上第一个Midamble码偏移对应的冲激响应的卷积向量，第二列是使用第3个扩频码的扩频扰码复合序列和第二根天线上第一个Midamble码偏移对应的冲激响应的卷积向量，第三列是使用第2个扩频码的扩频扰码复合序列和第一根天线上第二个Midamble码偏移对应的冲激响应的卷积向量，第四列是使用第4个扩频码的扩频扰码复合序列和第二根天线上第二个Midamble码偏移对应的冲激响应的卷积向量；所述扩频扰码复合序列是指，一个扰码周期中，扩频码和扰码点乘构成的序列；

然后，将接收发射分集用户的传输矩阵分集合并，即将V中相同Midamble码偏移所对应不同天线上的冲激响应所在列对应元素相加，生成

；由

再构成新的分集传输矩阵

2、权利要求1所述的空码发射分集信道接收解调方法，其特征在于，对接收数据解调，通过下式联合解出基站的发射数据：

$\hat{d}={({\tilde{A}}^H\·\tilde{A})}^{-1}{\tilde{A}}^{H}e$

或者 $\hat{d}={({\tilde{A}}^H{R_n}^{-1}\tilde{A}+{R_d}^{-1})}^{-1}{\tilde{A}}^H{R_n}^{-1}e,$

其中，R_n是噪声空间相关矩阵，R_d是发送数据相关矩阵，H表示对矩阵求共轭转置。

Images