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CN101247159B - 一种应用于多天线联合检测系统的激活码道检测方法 - Google Patents

一种应用于多天线联合检测系统的激活码道检测方法 Download PDF

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CN101247159B CN2008101027805A CN200810102780A CN101247159B CN 101247159 B CN101247159 B CN 101247159B CN 2008101027805 A CN2008101027805 A CN 2008101027805A CN 200810102780 A CN200810102780 A CN 200810102780A CN 101247159 B CN101247159 B CN 101247159B
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Abstract

本发明公开了一种应用于多天线联合检测系统的激活码道检测方法,包括如下步骤:A、根据经噪声门限检测后的多天线信道估计进行信道估计窗激活检测;B、根据信道估计窗激活检测结果对每个天线分别进行匹配滤波,根据匹配滤波结果,对多天线同一窗口位置的相同码道的符号进行求和,根据求和后的符号功率进行干扰用户非首选码道激活检测;C、根据干扰用户非首选码道激活检测激结果对求和后的符号进行联合检测干扰消除,根据干扰消除后的符号进行待检测用户非首选码道激活检测。依照本发明的方法,使得在不增加带宽的情况下降低解调门限,从而提高系统的吞吐量,同时可以增加业务的覆盖范围。

Description

一种应用于多天线联合检测系统的激活码道检测方法
技术领域
本发明涉及通信领域的多天线联合检测技术,特别是指一种应用于多天线联合检测系统的激活码道检测方法。
背景技术
多天线技术可以有效的抵抗无线信道的衰落,提高无线信道的信道容量,在通信系统中越来越引起人们的重视。与单天线系统相比,在接收端利用多天线技术,通过把每个天线上接收的信号加以合并,可以得到多天线分集增益,降低对每个天线的功率要求。在时分同步码分多址(TD-SCDMA)系统中,终端采用多天线联合检测算法,对于高速分组接入(HSPA)之类的高速业务,能够提高业务吞吐量、降低解调门限,同时可以增加业务覆盖范围。因此,多天线分集接收技术引起了越来越多的设备厂家的关注。
现有的多天线系统在实现上一般与空时编码以及其他多入多出(MIMO)技术相结合进行空时联合检测,在空间可以得到分集增益与编码增益,但是检测算法都比较复杂。在TD-SCDMA系统中,基站端使用了智能天线,在系统实现上可以做到分集接收,但此时天线间距比较小(相邻两天线一般为1/2波长),天线间的相关性比较强,在接收端对多天线信号进行合并接收,与完全独立的多天线分集得到的分集增益要小的多,况且智能天线阵元数一般都大于等于4,随着天线数的增多,复杂度呈几何量级增长,这无疑增大了系统实现的难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于多天线联合检测系统的激活码道检测方法,使得在不增加带宽的情况下降低解调门限,从而提高系统的吞吐量,同时可以增加业务的覆盖范围。
为解决上述技术问题,本发明提供技术方案如下:
一种应用于多天线联合检测系统的激活码道检测方法,包括如下步骤:
A、根据经噪声门限检测后的多天线信道估计进行信道估计窗激活检测;
B、根据信道估计窗激活检测结果对每个天线分别进行匹配滤波,根据匹配滤波结果,对多天线同一窗口位置的相同码道的符号进行求和,根据求和后的符号功率进行干扰用户非首选码道激活检测;
C、根据干扰用户非首选码道激活检测激结果对求和后的符号进行联合检测干扰消除,根据干扰消除后的符号进行待检测用户非首选码道激活检测。
本发明的方法与联合检测算法相结合,与现有的单天线算法相比较,在信道估计窗和码道激活算法上针对多天线稍加修改,结合联合检测中的匹配滤波算法,很容易就实现了空时最大比合并,并且可以得到较高的分集增益,同时保证了技术间的平滑过渡,可以作为设备升级版的算法。
附图说明
图1为本发明实施例中多天线分集接收的处理流程示意图;
图2为本发明实施例应用于多天线联合检测系统的激活码道检测方法的流程图;
图3为本发明实施例中第1次激活检测阶段的第1种实现方法流程图;
图4为本发明实施例中第1次激活检测阶段的第2种实现方法流程图;
图5为本发明实施例中第2次激活检测阶段的处理流程图;
图6为本发明实施例中第3次激活检测阶段的处理流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示,信号经过不同的无线信道进入天线接收端,在接收分集系统中,不同天线的信号分别经自动增益控制(AGC)调整单元与模数(A/D)变换单元处理后,得到基带数字信号;每路基带数字信号依次经过信道估计单元、干扰消除单元以及噪声门限检测理单元处理后,所得到信道估计进入多天线的联合激活检测过程,这样可以充分利用多天线信道估计的不相关性,对无线信道的衰落特性起到很好的抑制作用。
为便于描述,这里首先给出待检测用户和干扰用户的概念。
对终端而言,待检测用户指本用户,干扰用户是指除本用户外本小区以及相邻小区的用户;对基站而言,待检测用户指本小区内随机接入完成并且已经分配无线资源的的所有用户,干扰用户是指本小区以外相邻小区的其他用户。
下面介绍的激活码道检测方法对基站端与终端都适用。
如图2所示,多天线联合检测算法中的激活码道检测包括以下三个阶段:
第1阶段(步骤201):根据经噪声门限检测后的多天线信道估计进行信道估计窗激活检测;
第2阶段(步骤202):根据信道估计窗激活检测结果对每个天线分别进行匹配滤波,根据匹配滤波结果,对多天线同一窗口位置的相同码道的符号进行求和,根据求和后的符号功率进行干扰用户非首选码道激活检测;
第3阶段(步骤203):根据干扰用户非首选码道激活检测激结果对求和后的符号进行联合检测干扰消除,根据干扰消除后的符号进行待检测用户非首选码道激活检测。
第1次激活检测阶段:
经噪声门限检测后的信道估计h(ka)(ka=0,1,...,Ka-1,ka为天线序号,Ka为天线总数),进入多天线信道估计窗激活检测单元(见图1),对于第1次激活检测即信道估计窗激活检测,可以把多天线的信道估计合并以后进行进行激活检测处理,也可以先对每个天线的信道估计分别独立的检测,然后再根据每个天线的激活情况给出多天线的激活判断,其分别对应于如下的方法一与方法二。
方法一:
信道估计经过噪声门限处理后进入多天线信道估计窗激活检测单元,参见图3,与单天线接收机处理上不同的是,这里信道估计窗功率要计算对应信道估计窗口上多天线合并后的功率(简称多天线合并功率,合并方法可以采用最大比合并或等增益合并等方法),信道估计窗激活检测过程以多天线合并功率为基础,描述如下:
步骤301~302:分别计算每个信道估计窗口的多天线合并功率,从中找出待检测用户的最大多天线合并窗口功率;
假设信道估计窗km上多天线的信道估计为hkm,n (ka),其中:
ka=0,1,...,Ka-1,ka为天线序号,Ka为天线总数;
n=0,1...,W-1,n为信道估计窗抽头位置,W为信道估计窗口长度;
km=0,1,...,Kcell-1,km为信道估计窗位置,Kcell为信道估计窗总数。
在每个信道估计窗km上计算多天线合并功率:
P h ( km ) = Σ ka = 0 Ka - 1 ( α ka Σ n = 0 W - 1 | h km , n ( ka ) | 2 Σ ka = 0 ka - 1 | α ka | 2 ) - - - ( 1 )
这里αka为天线ka在窗口km上的增益因子,对于最大比合并 α ka = Σ n = 0 W - 1 | h km , n ( ka ) | 2 , 对于等增益合并αka=1。
对于终端,从本用户信道估计窗中找到最大的多天线合并功率,对于基站端,从本小区的所有信道估计窗中找到最大的多天线合并功率,记为Ph (Kmax),Kmax为最大功率窗位置。
步骤303:分别计算每个多天线合并窗口功率与待检测用户的最大多天线合并窗口功率的比值,记为:
r h ( km ) = P h ( km ) P h ( K max ) - - - ( 2 )
同时,还可将该功率比值rh (km)输出到第二次激活检测单元供第二次激活检测使用。
步骤304:信道估计窗激活检测判断;
设定待检测用户和干扰用户的激活检测门限分别为Г1st,usr和Г1st,int erf(典型值分别为
Figure S2008101027805D00044
Figure S2008101027805D00045
),进行信道估计窗激活检测判断。对于待检测用户的信道估计窗,多天线合并功率的比值与门限Г1st,usr比较,对于干扰用户的信道估计窗,多天线合并功率的比值与门限Г1st,int erf比较,大于门限值则判定该窗口为激活状态,保留该窗口多天线的信道估计结果,否则,判定该窗口为未激活状态,丢弃该窗口的多天线信道估计结果,即:
Figure S2008101027805D00046
步骤305:统计待检测用户和干扰用户的激活码道总数CodeActiveNum,所述激活码道总数为所有激活窗口中的码道数目之和,即认为激活窗口中的所有码道都是激活的。
步骤306~309:激活码道数的限制。
在联合检测算法中,激活码道数的上限假定为参数CodNumLimit,如果CodeActiveNum大于CodNumLimit,需要对干扰用户多天线合并功率较小的信道估计窗进行处理,在具体实现上,要对干扰用户的信道估计窗按照多天线合并功率的大小进行排序,依次按照多天线合并功率从小到大的顺序将对应的信道估计窗设定为未激活,并调整激活码道总数,直到调整后的激活码道总数首次小于或等于CodNumLimit为止。
方法二:
首先分别对每个天线根据门限独立进行激活检测判断,对激活的码道分类成不同的集合,即待检测用户的激活码道集合1、干扰用户多天线上公共激活的码道集合2、干扰用户除去集合2后激活码道集合3,在不同集合上进行不同的处理。参见图4,整个过程分成以下几个步骤:
步骤401~402:分别计算每个天线上各个信道估计窗口功率,从中找出待检测用户的最大窗口功率;
假设信道估计窗km上多天线的信道估计为hkm,n (ka),其中:
ka=0,1,...,Ka-1,ka为天线序号,Ka为天线总数;
n=0,1...,W-1,n为信道估计窗抽头位置,W为信道估计窗口长度;
km=0,1,...,Kcell-1,km为信道估计窗位置,Kcell为信道估计窗总数。
天线ka信道估计窗km的功率为:
P h ( km , ka ) = Σ n = 0 W - 1 | h km , n ( ka ) | 2 - - - ( 5 )
从Ph (km,ka)中找到待检测用户最大的窗功率Ph (K max,ka),Kmax为最大功率窗位置。
步骤403:分别计算每个天线上各个信道估计窗口功率与待检测用户的最大窗口功率的比值,记为:
r h ( km , ka ) = P h ( km , ka ) P h ( K max , ka ) - - - ( 6 )
步骤404:分别在每个天线上进行信道估计窗激活检测判断;
假设天线ka上待检测用户与干扰用户的激活检测门限分别为Г1st,usr和Γ1st,int erf,公平起见,在不同的天线上Г1st,usr相同,Γ1st,int erf也相同。
对待检测用户的信道估计窗,信道估计窗功率的比值与门限Г1st,usr比较,对于干扰用户的信道估计窗,信道估计窗功率的比值与门限Г1st,int erf相比较,大于门限值则判定该窗口为激活状态,分别保留该窗口该天线的信道估计结果,否则,判定该窗口为未激活状态,丢弃该窗口的该天线信道估计结果,即:
Figure S2008101027805D00062
Figure S2008101027805D00063
步骤405:根据信道估计窗激活检测结果,将所有激活窗口的激活码道分成3个集合:
集合1:待检测用户的激活码道集合,记该集合的码道数为CodUsr;
集合2:干扰用户在Ka个天线上公共激活的码道集合,记该集合的码道数为CodActAll;
集合3:干扰用户在Ka个天线上除去集合2以外的各种激活情况对应的激活码道集合,记该集合的码道数为CodActPart。
步骤406:统计集合1与集合2的码道总数CodNum;
CodNum=CodUsr+CodActAll                                    (9)
步骤407~412:激活码道数的限制。
在联合检测算法中,激活码道数的上限假定为参数CodNumLimit,接下来,根据CodNum是否大于CodNumLimit,分成以下两个分支:
分支一):CodNum大于CodNumLimit,将集合3中的码道设定为未激活,对集合2中的码道对应的信道估计窗按照多天线合并功率的大小进行排序,依次按照多天线合并功率从小到大的顺序将对应的信道估计窗设定为未激活,并调整CodNum(即CodNum减去设定为未激活的信道估计窗包含的码道数),直到调整后的CodNum首次小于或等于CodNumLimit为止;
分支二)CodNum小于CodNumLimit,对集合3中的码道对应的信道估计窗按照多天线合并功率的大小进行排序,依次按照多天线合并功率从大到小的顺序将对应的信道估计窗选出来,并调整CodNum(即CodNum加上选入的信道估计窗包含的码道数),直到调整后的CodNum最后一次小于或等于CodNumLimit为止,此时,将集合3中未选出来的信道估计窗对应的码道设定为未激活。
参照图1,第1次激活检测完成后,激活码道上的信道估计h′(ka)(ka=0,1,...,Ka-1,ka为天线序号,Ka为天线总数)输出到天线匹配滤波单元,然后进入多天线第二次激活检测单元(根据信道估计窗激活检测结果对每个天线分别进行匹配滤波,然后将每个天线匹配滤波后的结果求和,即实现了空时信号的最大比合并,为了减少联合检测干扰消除的计算复杂度,对于干扰用户的非首选码道要进行第2次激活检测,相应的,多天线最大比合并后的符号和激活码道的信道估计要按照第2次激活检测后的结果输出到多天线联合检测MAI/ISI(多址干扰/符号间干扰)消除单元)。
第2次激活检测阶段:
对于多天线匹配滤波后的符号求和进行第2次激活检测(干扰用户非首选码道的激活检测),检测中的码道功率要计算相应码道上多天线匹配滤波求和后的所有符号s功率,然后计算非首选码道与首选码道求和符号功率的比值,进行第2次激活判断,参见图5,包括以下步骤:
步骤501:对干扰用户的首选码道设定为激活状态保留下来,对非首选码道,有下面的检测步骤:
步骤502:对干扰用户窗口先做一个窗口激活检测判断,方法是在第一次激活检测已经计算出的窗功率比rh (km)中找出干扰用户窗口对应的多天线合并功率Ph (km)与待检测用户多天线合并功率的最大值Ph (Kmax)的比值 r h ( km ) = P h ( km ) P h ( K max ) ;
如果在第1次激活检测阶段采用的是方法二,则在本步骤中需要计算干扰用户窗口多天线合并功率 P h ( km ) = Σ ka = 0 Ka - 1 ( α ka Σ n = 0 W - 1 | h km , n ( ka ) | 2 Σ ka = 0 Ka - 1 | α ka | 2 ) 与待检测用户多天线合并功率的最大值Ph (Kmax)的比值 r h ( km ) = P h ( km ) P h ( K max ) (这里窗口功率是多个天线在同一个窗口的累加功率)。
步骤503:判断窗功率比rh (km)是否大于设定的窗口激活检测门限Гwin,若是,进入步骤504,否则,将该干扰用户信道估计窗口的非首选码道设定为未激活;步骤504:针对多天线匹配滤波求和后得到的符号(简称多天线匹配滤波求和符号),分别计算在对应信道估计窗的首选码道与非首选码道上的多天线匹配滤波求和符号的功率:
P s ( Kr u 0 ) = Σ n = 0 Ks - 1 | Σ ka = 0 Ka - 1 S kr u 0 , n ( ka ) | 2 - - - ( 10 )
P s ( Kr u i ) = Σ n = 0 Ks - 1 | Σ ka = 0 Ka - 1 S kr u i , n ( ka ) | 2 - - - ( 11 )
这里的Kru0与Krui(i=1,2,...,I,I表示该信道估计窗非首选码道总数)分别表示对应的信道估计窗口的首选码道与非首选码道,Ks为每个码道上的符号数。
步骤505:计算上述步骤504得到的第i个非首选码道与首选码道上多天线匹配滤波求和符号功率的比值:
r s ( Kr u i ) = P s ( Kr u i ) P s ( Kr u 0 ) - - - ( 12 )
步骤506~508:判断上述多天线匹配滤波求和符号功率比值rs (Krui)是否大于第2次激活检测门限Г2nd,若是,则将该干扰用户信道估计窗口的非首选码道设定为激活,否则,该干扰用户信道估计窗口的非首选码道设定为未激活:
h ′ ′ km , n ( ka ) h ′ km , n ( ka ) r s ( Kr u i ) > Γ 2 nd 0 r s ( Kr u i ) ≤ Γ 2 nd - - - ( 13 )
这里的Гwin与Г2nd可以根据实际情况进行优化,典型取值为1/8。
第2次激活检测完成后,将激活非首选码道的信道估计h″(ka)以及多天线匹配滤波求和符号 S = Σ ka = 0 Ka - 1 S kr u i , n ( ka ) 输出到多天线联合检测MAI/ISI消除单元,进行干扰消除。
第3次激活检测阶段:
在联合检测消除MAI、ISI干扰后,对于待检测用户的激活窗口对应多个码道的情况,需要对激活窗口的非首选码道根据联合检测得到的符号d进行第3次激活检测,如图6所示,具体包括:
步骤601:对待检测用户的首选码道设定为激活状态保留下来,对非首选码道,有下面的检测步骤:
步骤602:计算待检测用户联合检测消除MAI、ISI干扰后的首选码道与非首选码道上所有的符号功率:
P d ( Kr u 0 ) = | Σ n = 0 Kd - 1 d kr u 0 , n | 2 - - - ( 14 )
P d ( Kr u i ) = | Σ n = 0 Kd - 1 d kr u i , n | 2 - - - ( 15 )
这里的Kru0与Krui(i=1,2,...,I,I表示该信道估计窗非首选码道总数)分别表示对应的信道估计窗口的首选码道与非首选码道,Kd为每个码道上的符号数。
步骤603:计算上述步骤602得到的第i个非首选码道与首选码道上所有符号的功率比值:
r d ( Kr u i ) = P d ( Kr u i ) P d ( Kr u 0 ) - - - ( 16 )
步骤604~606:判断功率比值rd (Krui)是否大于第3次激活检测门限Г3rd,若是,则认为该非首选码道是激活的,输出该非首选码道上的符号给解调单元,否则,认为该非首选码道未激活,丢弃该非首选码道上的符号。
这里的Г3rd可以根据实际情况进行优化,典型取值为1/2。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种应用于多天线联合检测系统的激活码道检测方法,其特征在于,包括如下步骤:
A、根据经噪声门限检测后的多天线信道估计进行信道估计窗激活检测;
B、根据信道估计窗激活检测结果对每个天线分别进行匹配滤波,根据匹配滤波结果,对多天线同一窗口位置的相同码道的符号进行求和,根据求和后的符号功率进行干扰用户非首选码道激活检测,具体包括:计算干扰用户信道估计窗口的多天线合并功率与待检测用户的最大多天线合并窗口功率的比值,将该窗口功率比值与窗口激活检测门限进行比较,若所述窗口功率比值小于或等于窗口激活检测门限,则将该干扰用户信道估计窗口的非首选码道设定为未激活,否则,计算该信道估计窗内的非首选码道对应的求和后的符号功率与首选码道对应的求和后的符号功率的比值,将该符号功率比值与第二次激活检测门限进行比较,若所述符号功率比值小于或等于第二次激活检测门限,则将该非首选码道设定为未激活;
C、根据干扰用户非首选码道激活检测结果对求和后的符号进行联合检测干扰消除,根据干扰消除后的符号进行待检测用户非首选码道激活检测,具体包括:计算待检测用户信道估计窗口的非首选码道上的符号功率与首选码道上的符号功率的比值,将该比值与第三次激活检测门限进行比较,若所述比值小于或等于第三次激活检测门限,则将该非首选码道设定为未激活。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤A具体包括:
A11、分别计算每个信道估计窗口的多天线合并功率,从中找出待检测用户的最大多天线合并窗口功率;
A12、分别计算每个多天线合并窗口功率与待检测用户的最大多天线合并窗口功率的比值,将每个窗口对应的比值与第一次激活检测门限进行比较,若所述比值大于第一次激活检测门限,则判定该信道估计窗为激活状态,保留该窗口多天线的信道估计结果,否则,判定该信道估计窗为未激活状态,丢弃该窗口多天线的信道估计结果。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于:
步骤A11中,所述多天线合并功率为最大比合并功率或者等增益合并功率。
4.如权利要求2所述的方法,其特征在于:
步骤A12中,所述将每个窗口对应的比值与第一次激活检测门限进行比较是指,将待检测用户窗口对应的比值与待检测用户的第一次激活检测门限进行比较,将干扰用户窗口对应的比值与干扰用户的第一次激活检测门限进行比较。
5.如权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤A12之后还包括:
在所有激活窗口的激活码道总数大于联合检测的码道数门限时,对干扰用户的信道估计窗按照多天线合并功率的大小进行排序,依次按照多天线合并功率从小到大的顺序将对应的信道估计窗设定为未激活,并调整激活码道总数,直到调整后的激活码道总数首次小于或等于联合检测的码道数门限为止。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤A具体包括:
A21、分别计算每个天线上各个信道估计窗口功率,从中找出待检测用户的最大窗口功率;
A22、分别计算每个天线上各个信道估计窗口功率与待检测用户的最大窗口功率的比值,将每个窗口对应的比值与第一次激活检测门限进行比较,若所述比值大于第一次激活检测门限,则判定该信道估计窗为激活状态,保留该窗口的信道估计结果,否则,判定该信道估计窗为未激活状态,丢弃该窗口的信道估计结果。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于:
步骤A22中,所述将每个窗口对应的比值与第一次激活检测门限进行比较是指,将待检测用户窗口对应的比值与待检测用户的第一次激活检测门限进行比较,将干扰用户窗口对应的比值与干扰用户的第一次激活检测门限进行比较。
8.如权利要求6所述的方法,其特征在于,步骤A22之后还包括:
将所有激活窗口的激活码道分成3个集合:待检测用户的激活码道集合1、干扰用户多天线上公共激活的码道集合2、干扰用户除去集合2后的激活码道集合3;
在集合1与集合2包括的码道总数大于联合检测的码道数门限时,将集合3中的码道设定为未激活,对集合2中的码道对应的信道估计窗按照多天线合并功率的大小进行排序,依次按照多天线合并功率从小到大的顺序将对应的信道估计窗设定为未激活,并调整激活码道总数,直到调整后的激活码道总数首次小于或等于联合检测的码道数门限为止;
在集合1与集合2包括的码道总数小于联合检测的码道数门限时,对集合3中的码道对应的信道估计窗按照多天线合并功率的大小进行排序,依次按照多天线合并功率从大到小的顺序将对应的信道估计窗选出来,并调整激活码道总数,直到调整后的激活码道总数最后一次小于或等于联合检测的码道数门限为止,此时,将集合3中未选出来的信道估计窗对应的码道设定为未激活。
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